ЎЗБЕКИСТОН АЛОҚА ВА АХБОРОТЛАШТИРИШ АГЕНТЛИГИ

ТОШКЕНТ АХБОРОТ ТЕХНОЛОГИЯЛАР УНИВЕРСИТЕТИ

Маҳкамжонов Б.М., Алиев У.Т., Сапаев М.С., Худайберганов Ш.К.

АЛОҚА ҚУРИЛМАЛАРИНИНГ ЭЛЕКТР ТАЪМИНОТИ

ЎҚУВ ҚЎЛЛАНМА

Тошкент 2007

Сўз боши

Ўқув қўлланмада анъанавий энергия манбалари, электр энергиясини ишлаб чиқариш ва уни тарқатиш ҳақида умумий маълумотлар келтирилган. Электр таъминоти тизимининг қисмлар ва алоҳида элементлари, уларнинг тузилиши ва ишлаш принциплари кўриб чиқилган. Шу билан бирга, трансформаторлар, тўғрилагичлар, стабилизаторлар, ўзгартиргичлар схемалари, шунингдек, аппаратуралар, электр таъминоти қурилмалари ва алоқа корхоналари электр таъминоти тизимлари қурилмаларининг умумий қуриш принциплари кўрсатилган. Ноанъанавий ва қайта тикланувчан энергия манбаларида қайта тикланувчан энергияни ўзгартириш принциплари ва схемалари кўриб чиқилади.

Ўқув қўлланма “Телевидение, радиоалоқа ва радиоэшиттириш”, “Радиотехника” ва “Телекоммуникация” йўналишлари бўйича таълим оладиган талабаларга мўлжалланган.

Кириш

Электр энергияси бошқа турдаги энергиялардан бевосита ёки оралиқ ўзгартириш йўли орқали олинади. Бунинг учун табиий органик энергетик ресурслардан ва ядровий ёқилғи, шунингдек, қайта тикланувчан энергиялардан, яъни дарёларнинг оқими, шаршалар, океан оқимлари, қуёш радиацияси, шамол, геотермал массалар ва бошқалардан фойдаланилади.

Электр энергиясидан саноат ва қишлоқ хўжалик соҳаларида, транспортда, алоқа тизимларида, фанда маиший хизматда кенг фойдаланилади. Электр энергиясини ишлаб чиқариш ва уни тарқатиш энергетика соҳасига тегишли ҳисобланади. Шунинг учун энергетика халқ хўжалигининг асосий тармоғи ҳисобланади.

Ҳозирги вақтда мамлакатимизнинг электрлаштириш тизимини яратиш ва халқ ҳўжалигини турли соҳаларини электр энергияси билан таъминлаш учун электр энергиясининг кўп қисми (80% атрофида) иссиқлик электр станцияларида (ИЭС) органик ёқилғининг кимёвий энергиясини ўзгартириш йўли билан амалга оширилади.

ИЭСда, масалан ёқилғи сифатида мазут, кўмир ёки газ ёқилади ва иссиқлик энергияси форсункалар орқали сув билан тўлдирилган қозоннинг пастки сиртига берилади. қозондаги сув қайнайди ва қозоннинг юқори қисмида юқори босимли буғ вужудга келади. Буғ қувурлар орқали буғ турбинаси жойлаштирилган қисмга берилади. Буғнинг босими билан турбина ротори айланади. Демак, иссиқлик энергиясини механик энергиясига ўзгартириш жараёни бўлиб ўтади. Кейинги босқичда роторнинг айланиши туфайли ҳосил қилинган механик энергия электр энергиясига ўзгартирилади.

Электр энергиясини ишлаб чиқариш ҳажми бўйича иккинчи ўринда гидроэлектростанциялар (ГЭС) туради. Бунда гидротурбиналар ва гидрогенераторлар ёрдамида электр энергиясига ўзгартириладиган дарёлар оқими энергиясидан фойдаланилади (масалан, Волга ГЭСи, Братск ГЭСи, Чорвоқ ГЭСи ва бошқалар).

Электр энергиясини асосий ишлаб чиқарувчилари қаторида иссиқлик ва гидроэлектр станцияларидан кейин атом электр станциялари (АЭС) туради. Атом электр станцияларининг бирламчи энергияси атомлар ядролари энергияси ҳисобланади. Бу энергия иссиқлик энергиясига ўзгартирилади, кейин эса электр энергиясини олиш схемаси эса, иссиқлик электр станцияси схемасига ўхшаш бўлади.

Органик ёқилғи заҳираларининг тез камайиши, шунингдек иссиқлик электр станцияларининг атроф-муҳитга салбий таъсирини ҳисобга олиб электр энергиясини олишни қайта тикланувчан электр манбаларидан (ҚТЭМ) фойдаланиш асосидаги техник ва иқтисодий ечимларини қониқарли излаш амалга оширилмоқда.

Кимёвий, иссиқлик, нур энергияларининг электр энергиясига бевосита ўзгартириш электрокимёвий, иссиқлик электрик, термоэмиссион, фотоэлектрик генераторлар ёрдамида амалга оширилади. Бу қурилмалар кичик қувватга эга ва шунинг учун катта энергетика учун яроқсиз, асосан радиотехникада, коинот техникасида, алоҳида истеъмолчилар ва фермер ҳўжаликлари электр таъминоти учун қўлланилади.

Ўқув қўлланмаси иккита қисмдан ташкил топган:

1-қисм: Бирламчи электр энергияси манбалари. Қайта тикланувчан ва қайта тикланмайдиган энергия манбалари ҳақида умумий тушунчалар ва тавсифлар келтирилган. Иссиқлик ва механик энергияни электр энергиясига ўзгартириш ва уни масофага узатишнинг асосий усуллари кўриб чиқилган.

2-қисм: Иккиламчи электр энергияси манбалари. Тўғрилагичлар, фильтрлар, стабилизаторлар ва кучланиш ўзгартиргичлари ишлаш усуллари кўриб чиқилган.

1. Бирламчи электр энергияси манбалари

1.1. Қайта тикланувчан энергия манбалари ва уларнинг потенциали

1.1.1. Асосий тушунчалар ва тавсифлар

Барча энергия манбаларини икки турга ажратиш мумкин.

Қайта тикланувчан энергия манбалари бу атроф-муҳитда доимо бўладиган ва даврий равишда вужудга келадиган энергия оқимлари асосидаги манбалардир. Бундай манбалардан бири қуёш нурланиши ҳисобланади. Қайта тикланувчан энергия атроф-муҳитда инсоннинг мақсадли фаолияти эмаслиги унинг алоҳида белгиси ҳисобланади.

Қайта тикланмайдиган энергия манбалари инсон томонидан электр энергиясини ишлаб чиқариш учун фойдаланиш мумкин бўлган моддалар ва материаллар табиий заҳираларидир. Уларга ядро ёқилғиси, кўмир, нефт, газ киради. Қайта тикланувчан энергия манбаларидан фарқ қилган ҳолда қайта тикланмайдиган энергия манбалари табиатда аралашма ҳолатда бўлади ва инсоннинг мақсадли таъсири натижасида олинади. Маълумки, бирламчи энергия ресурсларининг айланма истеъмоли XX аср давомида 10 мартадан кўпроққа ортди. Инсониятнинг кўп қисми анъанавий энергия манбаларини битмас-туганмас эмаслигини, шунингдек улардан фойдаланилганда атроф-муҳитга етказиладиган зарарни тушуниб етди. Олимларнинг баҳолашларича нефт ва газ қазиб олиш яқин 10 марттадан кўпроққа ортди. Нефть ва газ яқин ўн йилликгача, кўмир эса юз йилликгача етади. Бу манбаларнинг замонавий энергия балансидаги улуши нефть бўйича –38% ни, газ бўйича –20% ни, кўмир бўйича 27% ни, яьни умуман олганда умумий исьтемолда –85% ни ташкил қилади. Шунинг учун қайта тикланмайдиган энергия манбаларини тугаб бораётган энергия манбалари деб аташ мақсадга мувофиқ бўлади.

Қайта тикланувчан энергия манбаларининг имкониятлари ҳақида айтишдан олдин уларнинг ресурсларини ва жаҳондаги техник потенциалини баҳолаш зарур.

Қайта тикланувчан энергия қуввати балансида 99,9% ни ташкил этадиган қуёш энергияси етакчи ролни ўйнайди. 0,09% ва 0,01% қисмлар эса мос равишда ернинг ички энергиясига ва гравитацион кучларига тўғри келади (1.1-жадвал).

Бешта асосий энергия манбалари мавжуд;

- қуёш нурланиши;

- қуёш ой ва ернинг ҳаракати ва тортишиши (гравитацион тортишиш);

- ер ядросининг иссиқлик энергияси, шунингдек кимёвий реакциялар ва ернинг қобиғида радиоактив бўлинишлар;

- ядро реакциялари;

- турли моддаларнинг кимёвий реакциялари.

1.1-жадвал

Энергия манбаларининг ресурслари

Энергия тури	Ресурслар, Т Вт, соат / йил
	Назарий	Техник
		жаҳонда	МДҲ да
Қуёш энергияси: ер атмосферасининг юқори чегарасида ер сиртида шу жумладан: қуруқлик сиртида дунё океани сиртида	183 000 7 913 26 370 49 543	- 5 708 2 283 3 425	- 5 36 2 17 320
Шамол энергияси	1 982	21	3,4
Геотермал энергия (10 км чуқурликкача): сув манбалар гидротериал ресурслар шамолгеотериал ресурслар	34 1 256 3 4247	0,4 137 2853	0,02 6,8 137
Дунё океани энергияси Шўрлик градиенти Иссиқлик (ҳарорат градиенти) оқимлар урилишлар денгиз тўлқинлари шамоллари	39 954 11,5 8 3 0,9 2,5	3 99 0,6 0,14 0,8 0 ,023 0,09	90 0,14 0,023 0,2 0.006 0,023
Биомасса энергияси: қуруқликда денгиз океанида органик чиқиндилар.	41 22 2,3	4,6 1,7 1,4	0.37 0,14 0,08
Гидроэнергия: Катта сув оқимлари Кичик сув оқимлари	3,7 1,7	1,7 0,85	0,23 0,06

Қайта тикланувчан энергия манбалари ўзининг нисбий тозалиги билан афзалдир. Шунинг учун янги энергия манбаларини очишнинг принципиал имкониятлари ва улардан фойдаланишни юзага келтирди. Бунда қайта тикланувчан энергияни электр ва иссиқлик энергиясига ўзгартириш учун самарадор қурилмалар яратиш керак бўлади.

Қайта тикланувчан энергияни кўпроқ ўзига тортадиган нурлари қуёш энергияси, ер қобиғидан келадиган иссиқлик геотермал энергияси, оқим қуйилишдан фойдаланиладиган гидравлик энергия ва ер, ой ва қуёшнинг ўзаро гравитацион таъсирланиши натижасида вужудга келадиган шамол энергияси ҳисобланади.

1.1.2. Энергияни йиғиш тизимлари

Қуёш радиациясининг интенсивлиги ва шамол оқимининг тезлиги ўзгариб туради ва кўпинча бетартиб характерга эга бўлади ва табиийки, қуёш нурланиши энергияси ва шамол оқими энергияси суткалик вақт интервалида ўзгартириш имкониятини бермайди. Бироқ, хар бир манбанинг ўзгарувчанлиги турли амплитудага ва давомийликка эга бўлади; қуёш энергияси суткалик амплитудада сезиларли детерминантланган ташкил этувчига эга бўлади; шамол энергияси қисқа вақтли қисмда (соатда ва соатли улушларида) сезиларли импульсли ташкил этувчиларга эга бўлади.

Шундай қилиб, қайта тикланувчан энергиянинг ҳар бир манбаи энергия тўплаш тизимлари талаблари нуқтаи назаридан ўз афзалликларига эга. Энергияни иссиқлик, механик ва электр энергияси кўринишида сақлашга мўлжалланган турли энергияни йиғиш тизимлари мавжуд бўлиб, уларни техник жиҳатдан амалга ошириш имконияти бор.

1.1-расмда кўп тарқалган энергияни йиғиш тизимларининг синфларга бўлиниши келтирилган.

1.1-расм. Энергияни йиғиш тизимларининг синфларга бўлиниши

Энергия йиғиш тизимларидан ҳар бири ўз афзалликларига ва камчиликларига эга бўлиб, улар ҳар бир энергия йиғиш тизимини айрим энергия таъминоти тизими учун самарали бўлишини кўрсатади. Энергия таъминотини амалга ошириш учун қайта тикланувчан манбалар энергияларини йиғишда 1.2-расмда келтирилган тизимлар кенг қўлланилади. Бу аккумуляторлар қайта тикланувчан энергияни электр энергиясига ўзгартириш технологик схемаларининг таркибий қисми бўлиши мумкин ва электр энергиясини ишлаб чиқаришни стабиллаш имконини беради. Масалан, гидроэнергия тўплаш электр станциясида аккумулятор сифатида юқори сув тўплами хизмат қилади. Масалан, энерготизим юклама графигида тундаги юклама камайиши кузатилса, ГЭТЭС агрегатлари насос режимида сувни юқори сув тўпламига чиқаради. Суткалик юклама графигида кундузги вақтларда энергия истеъмоли ортганда чиқарилган сув энергияси электр энергиясини ишлаб чиқариш учун ишлатилади.

1.2-расм. Энергия йиғиш қурилмаларининг турлари

Келтирилган қайта тикланувчан энергия йиғиш тизимлари асосан, катта энергетикада қўлланилади. Кичик энергетика учун энергия йиғишнинг самарали тури бўлиб гальваник элементлар, яъни кимёвий аккумулятор батареялари ёки сиғимли йиғувчилар ҳисобланади.

1.1.3. Қуёш энергияси ва уни ўзгартириш усуллари

Ерга тушадиган қуёш нурланиши оқимининг энг катта зичлиги 0,3-2,5 мкм тўлқин узунликлари диапазонида тахминин 1 кВт/м² ни ташкил қилади. Бу нурланиш қисқа тўлқинли ҳисобланади ва кўринадиган спектрни ўз ичига олади. Аҳоли яшайдиган жойлар учун жойга, куннинг вақтига ва об-ҳавога боғлиқ равишда ерга тушадиган қуёш энергияси оқимлари кун давомида 3 дан 10 МЖ/м² гача ўзгаради. Қуёш нурланиши қуёш сиртида 6000⁰К ҳарорат бўлганида аниқланадиган тарқалиш максимумида фотонлар энергияси (тахминан 2 эВ) орқали характерланади. Ер сиртини атмосфера билан боғловчи нурланиш энергияси оқимлари ҳам тахминан 1 кВт/м² га тенг, лекин улар 10 мкм атрофидаги максимумли, узун тўлқинли дейиладиган 5-25 мкмли бошқа спектрал диапазонни ёпиб қўяди. Спектр бўйича қисқа тўлқинли ва узун тўлқинли нурланишлар бир-биридан етарлича узоқда жойлашган ва уларни осон ажратиш мумкин.

Маълум вақтларда маълум жойларда маълум тарзда қуёш қурилмасига бериладиган энергия сифатида қуёш нурланиши энергиясидан фойдаланиш мумкинлигини кенгроқ кўрсатиш учун ер ва қуёш геометриясини тасаввур қилиш фойдали бўлади. 1.3-расмда ернинг тузилиши келтирилган. Ер ўз ўқи атрофида 24 соатда айланиб чиқади (ўқ N ва S шимолий ва жанубий нуқталар орқали ўтади). Ўқ эквоториал текисликка перпендикуляр йўналган. Ер сиртидаги P,E ва G нуқталар j кенглик ва y узунлик орқали характерланади.

1.3-расм. j кенглик ва y узунликни аниқлаш схемаси,

1-экваториал текислик, 2-меридионал текислик

Р нуқтадаги w соатли бурчак қуёшли ярим кун моментидан ернинг бурилиш бурчаги ҳисобланади. Ер 1 соатда 360⁰/24=15⁰ бурчакка бурилади, у ҳолда соатли бурчак қуйидаги ифода орқали аниқланади:

w=(15^о × с^-1)·(t_solar – 12 с)=(15^о × с^-1) - (t_zone - 12 с) = w_eq = (y - y_zone), (1.1)

бу ерда t_solar ва t_zone-мос равишда маҳаллий қуёш ва декрет вақт (соатларда); y_zone-t_zone вақт ярим кунга мос келганда қуёш жойлашадиган кенглик (маҳаллий қуёш ва декрет вақтлар мос келганда, яъни t_solar=t_zone бўлганда).

Ер қуёш атрофида йилига бир марта айланади (1.4-расм). Ер ўқининг йўналиши айланиш текислиги нормал чизиғига фазода d₀=23,5⁰ бурчак остида ўрнатилган ҳолда сақланади. Қуёшга йўналиш ва экваториал текислик орасидаги бурчак d оғиш дейилади ва мавсумий ўзгаришлар мезони ҳисобланади. Оғиш қуёш вақти бўйича қуёш уфқда жойлашган нуқта кенглигидир. Шимолий ярим шарда d ёзги қуёш туриш давридан d₀ =+23,5⁰ дан қишки қуёш туриш даврига d₀ =-23,5⁰ га секин ўзгара бошлайди, яъни

d =d₀ ×Sin[360⁰ ×(284=n)/365] , (1.2)

бу ерда n-йил куни (n=1 1 январга мос келади)

Барча томонларга тарқаладиган қуёш нури энергияси 4 ×10²⁰ млн. кВт ни ташкил қилади. Бу миқдордан ерга миллиарддан бир қисми тушади ва у 1,78×10¹⁷ Вт ташкил этади. Ерда фойдаланиладиган энергия эса 3×10¹¹ МЖни ташкил қилади. Ернинг сиртига энергиянинг жуда оз қисми тушишининг сабаблари:

- ер айланиш ўқининг оғиши сабабли уфқдан қуёшнинг баландлиги;

- атмосферанинг ҳолати;

- сиртларнинг оптик хусусиятлари.

Мақбул шароитларда, яъни экваторга яқин жойларда қуёш тиккада бўлиб, ҳаво эса очиқ бўлганида 1 м² сиртга 1 кВтгача нурланиш энергияси тушиши мумкин.

Қуёш энергиясини ўзгартиришнинг икки усули мавжуд:

1. Қуёш энергиясини электр энергиясига тўғридан-тўғри ўзгартириш (фотоўзгартиргичлар ёрдамида).

2. Қуёш нурланишини иссиқлик энергиясига ўзгартириш (қуёш коллекторлари ёрдамида).

Қуёш нурланишини тўғридан-тўғри ўзгартириш учун ярим ўтказгичли материаллардан фойдаланилади.

Қуёш батареялари барча радиоэлектрон аппаратураларда кенг қўлланилади. Атроф-муҳит таъсирига барқарорлиги учун улар очиқ коинотда ҳарорат +80⁰С дан -150⁰С гача бўлган шароитларда ишлаши мумкин. Ярим ўтказгичли қуёш элементларининг ташқи сирти радиация таъсиридан ва иссиқликдан ҳимояловчи оптик қатлам билан қопланади.

Қуёш элементлари

Қуёш элементлари тайёрланадиган ярим ўтказгичли элементлар 10^-2….10² ом см солиштирма қаршиликка эга. Ярим ўтказгичлар р-турли ва n-турли бўлади. Қуёш энегиясини электр энергиясига ўзгартириш жараёни фотоэлектрик эффект орқали амалга ошрилади. У ярим ўтказгич сирт қатламларида 2-3 мкм қалинликдаги эркин электронлар кўринишида вужудга келади. Ярим ўтказгич сиртида эркин электронларнинг пайдо бўлиши ва электр потенциаллар фарқи юзага келганида унда электр токи вужудга келади. Потенциаллар фарқи ярим ўтказгичнинг нурланадиган сирти ва соя томони орасида унинг сирт қатламларига махсус қўшимчаларни киритиш ҳисобига юзага келади (1.4-расм). Қўшимчалардан бири (n-турли) қўшимча электронларни ва сиртнинг манфий зарядини ҳосил қилади, иккинчиси эса (р-турли) электронларнинг етишмаслигини, яъни мусбат зарядни ҳосил қилади.

Чегарада электронларнинг диффузияси туфайли контакт потенциаллар фарқи вужудга келади. Агар тешикли ўтишли (р-турли) ярим ўтказгич ёритилса, у ҳолда унинг электронлари ёруғлик квантларини ютиб электрон ўтишли (n-турли) ярим ўтказгичга ўтади. Бунда ёпиқ занжирда электр токи ҳосил бўлади.

Кўпинча кремнийли қуёш элементларидан фойдаланилади. Кремний ерда энг кўп тарқалган элементдир. Элементлар кремнийни эритиш ва кейин 5-10 см диаметрли стержен шаклидаги кристалли кремнийни ўстириш йўли билан олинади. Бевосита ярим ўтказгичларни олиш учун бу стерженлар 300 мкм атрофидаги қалинликдаги юпқа пластинкаларга бўлинади. Улар фотоэлектрик элементларнинг асосий қисми ҳисобланади.

1.4-расм. p-n ўтишнинг схемаси

Фотоэлемент ёритилганда 0,5 В қийматли кучланишни ҳосил қилади. Чиқиш токи эса ёруғлик интенсивлилигига ва элементнинг ишчи сиртига боғлиқ. Шунингдек ток кучи ёруғликнинг тўлқин узунлигига ва унинг интенсивлилигига боғлиқ бўлиб, ёруғликнинг нурланиш интенсивлилигига тўғри пропорционалдир. Ёруғлик қанчалик ёрқин бўлса, шунчалик катта ток ҳосил бўлади. Ёруғлик интенсивлиги 1 кВт/м² ли ер шароитларида бу элементларнинг фойдали иш коэффициенти 22-26 фоизга, ишлаб чиқариш намуналарида эса 10-14 фоизга етиши мумкин.

Истиқболли қуёш элементларига фойдали иш коэффициенти 10 фоиздан юқори бўлган сульфид кадмий асосидаги гетероструктурани киритиш мумкин. Яна бир истиқболли ярим ўтказгичли материал арсенид галлий ҳисобланади. У нур энергиясини электр энергиясига ўзгартиришда юқори самарадорликка эга бўлиб, фойдали иш коэффициенти 27 фоизгача етиши мумкин. Бу қуёш фотоэлектрик ўзгартиргичларининг энг юқори фойдали иш коэффициентидир. Бундан ташқари 100 ⁰С дан юқори ҳароратларда барқарорликка эга. Турли материаллардан ясалган қуёш элементларининг фойдали иш коэффициентлари 1.2-жадвалда келтирилган.

1.2-жадвал

Замонавий қуёш элементларининг энергетик тафсифлари

№	Қуёш элементи	Максимал ФИК	Тажрибада олинган ФИК
1. 2. 3. 4. 5.	Кремний (Si) Арсенид галлий (GaAs) Миснинг уч компонентли бирикмаси (CdS- CuInSi) Кадмий-теллур (Cd - Te) Аморфли кремний (L - Si) Каскадли элемент (GaAs+Ga Sb)	25 35 17 - -	23.2 29* 10.5 15.7 37*

* - концентрланган нурланишдаги.

1.1.4. Шамол энергияси ва уни ўзгартириш усуллари

Кўпгина ривожланган давлатларда энергия инқирози туфайли ноанъанавий энергия ресурсларини, хусусан шамол энергиясини ўзлаштиришни мақсадли дастурлари қабул қилинган ва татбиқ қилинмоқда. Шамол қуёш ва ер айланиши таъсири натижасида келиб чиқадиган тасодифий бошқарилмайдиган табиат жараёни ҳисобланади. Энергия манбаи сифатида, шамолнинг хусусияти, авваламбор, асосан тезликнинг катта ўзгарувчанлиги орқали унинг доимий эмаслигидир, бунда у асосан тезликнинг катта ўзгарувчанлиги орқали аниқланади. Бу шамол оқими кинетик энергиясининг вақтнинг нисбатан кичик оралиқларида ҳам катта чегараларда ўзгаришга олиб келади.

Турли ҳудудларда шамолнинг йўналиши ва кучи Ер сиртидан баландликка боғлиқ равишда турлича ўзгаради. Масалан, шимолий ярим шарда Ер сиртига яқин (10....50 м) жойларда ўртача тезлик 7-9 м/с ни ташкил қилади. 25-30 м/с тезликдан ортиқ шамол тезлиги халқ хўжалигига жиддий зарар етказиши мумкин, шунинг учун шамол энергиясини механик ёки электр энергиясига ўзгартириш учун шамол тезлиги 3-25 м/с бўлганда самарали ҳисобланади.

F кўндаланг кесимли ҳаво оқимининг энергияси қуйидагига тенг:

(1.3)

F орқали тезликда оқиб ўтувчи ҳавонинг секунддаги массаси m мос равишда қуйидагига тенг бўлади:

(1.4)

у ҳолда

(1.5)

бу ерда p – ҳавонинг зичлиги, нормал шароитларда (t=15 ⁰С, р=1,3 кПа ёки 760 мм.сим.уст.) 1,23 кг/м³ га тенг бўлади.

Шундай қилиб, шамол энергияси унинг тезлигининг кубига пропорционал ўзгаради. Шамол ғилдираги фақат шамол энергияси фойдаланиш коэффициенти орқали баҳоланадиган энергияни маълум қисмини фойдали ишга ўзгартириши мумкин. Замонавий шамол двигателлари (ШД) нормал иш режимида шамол орқали кинетик энергиясининг 45-48% дан ортиқ бўлмаган қисмини механик энергияга ўзгартиради.

И.Е.Жуковский назарияси бўйича идеал ҳол учун

, , (1.6)

яъни шамол ғилдираги қабул қилган тўла энергия оқимининг бир қисмини шамол двигатели механик энергияга ўзгартиради.

1 м² кўндаланг кесим оқимда t=15 ⁰С ва р=1,3 кПа бўлганида солиштирма қувват (секунд энергия) қуйидагини ташкил қилади:

Шамол тезлиги, м/с	4	6	8	10	14	18	22
Оқим қуввати, кВт/м^2	0,04	0,13	0,31	0,61	1,67	3,6	6,25

Шамол ғилдираги ҳосил қиладиган секундли иши ёки қувват қуйидаги формула орқали аниқланади:

, н×м/с (1.7)

1.1.5. Шамол энергияси қурилмалари

Ҳаво оқими ҳам, исталган ҳаракатланувчи жисм ҳам ҳаракат энергиясига эга бўлади. Бу кинетик энергия шамол ғилдираги ёки бошқа ишчи орган ёрдамида механик энергияга ўзгартирилади.

Шамол қурилмаларининг вазифасига кўра механик энергия ижрочи механизмлар (генераторлар, компрессорлар, электролизлар ва бошқалар) ёрдамида электр, иссиқлик, механик, шунингдек, сиқилган ҳаво энергиясига ўзгартирилиши мумкин. Ҳаво оқими кинетик энергиясини механик энергияга ўзгариши учун турли турдаги шамол двигателларидан фойдаланиш мумкин. (1.5-расм). Ҳаво оқими кинетик энергиясини электр энергияга ўзгартириш учун масалан, “Whisper”, “Acro-Cruft” турдаги шамол энергияси қурилмаларидан фойдаланилади.

Шамол энергиясини электр энергиясига ўзгартирадиган асосий механизм шамол турбинаси ҳисобланади. У бошқа турбиналарга қараганда кўпроқ деталлар сонига эга. Шамол втулкага маҳкамланган парракларни айлантиради ва улар биргаликда айланади. Шундай қилиб, парраклар ва втулка биргаликда роторни ташкил қилади. Шунингдек, турбинани парракларини айлантирадиган ва тўхтатадиган контактлар мавжуд. Генератор айланади ва электр энергияни ишлаб чиқаради. Генератор, контроллер ва бошқа қурилмалар парраклар орқасидаги қутига жойлаштирилади. Анемометр шамол тезлигини аниқлайди ва бу ахборотни контроллерга узатади.

Шамолнинг тезлиги 15-23 км/соатга етганида шамол агрегати айлана бошлайди, тезлик 100 км/соатда ортганида механизмни шикастланишлардан сақлаш учун улар автоматик равишда тўхтайди. Шамол агрегатларининг баъзи бир моделлари шамол кучига

боғлиқ бўлмаган ҳолда ўзгармас тезлик билан айланади. Баъзи бир янги моделларнинг тезлиги шамол билан айланади. Баъзи бир янги моделларнинг тезлиги шамол тезлиги билан бирга ўзгаради, бу уларни самаралироқ бўлишини таъминлайди.

Шамол агрегатларида асосан 2 ёки 3 та парраклар бўлади. Катта бўлмаган турбиналар 100 кВт гача электр энергияси ишлаб чиқаради. Уларни фотоэлектр панеллар билан ишлатиш мумкин. Бундай “уй шамол агрегати” нинг парраклари 2-8 м ўлчамга эга ҳамда 40 м лар атрофидаги баландликка жойлаштирилади ва у кичик корхонани электр энергияси билан таъминлаши мумкин.

Катта шамол агрегатларидан 750 кВт дан 2 МВт гача қувватли турбиналар кенг тарқалган бўлиб, улар ҳам шамол электростанцияларига жойлаштирилади.

Катта қувватли меговатли турбиналар катта ўлчамларга эга бўлиб, уларнинг янги моделлари 2 дан 5 МВт гача қувватли электр энергиясини ишлаб чиқаришга қодир. Кучли денгиз шамоли айлантира олиши учун уларни одатда қирғоққа яқинроқдаги сувга жойлаштирилади. Бундай шамол агрегатлари ҳозирда Буюк Британия, Германия, Дания ва бошқа мамлакатларда ишлатилмоқда.

1.2. Трансформаторлар

Трансформатор деб, бир параметрдаги ўзгарувчан ток энергиясини бошқа параметрдаги ўзгарувчан ток энергиясига ўзгартириб берувчи статик электромагнит қурилмага айтилади. Ўзгарадиган параметрлар ток, кучланиш, фазалар сони, частота (махсус трансформаторларда) бўлиши мумкин.

Электр таъминоти қурилмаларида трансформаторлар кўпинча бир қийматдаги ўзгарувчан кучланишнинг бошқа қийматдаги ўзгарувчан кучланишга ўзгартириш учун қўлланилади. Қувват бўйича трансформаторлар куч трансформаторлари (бир кВА дан юзлаб кВА ларгача), кичик қувватли трансформаторларга (ВА бирликларида кВА бирликларигача) бўлинади. Кичик қувватли трансформаторлар телекоммуникация ва радиоаппаратураларида кучланиш ёки токни ўзгартириш учун мослаштирувчи ёки ажратувчи трансформаторлар сифатида қўлланилади.

Куч трансформаторлари радиокорхоналар ва симли алоқа корхоналари таъминот занжирларида қўлланилади.

Трансформатор ўзгарувчан ток аппарати бўлиб, ўзгармас токда ишламайди.

Ҳар қандай трансформатор икки асосий қисм, яъни берк пўлат ўзакдан ва мис симдан ўраладиган чўлғамлардан иборат. Трансформатор ўзаги махсус электротехник пўлат пластиналардан йиғилади. Бу пластиналар қалинлиги трансформатор ишчи частотасига боғлиқ, частота қанча юқори бўлса, пластина шунча юпқа бўлади. Ўзак шакли ва унда чўлғамларнинг жойлашиши бўйича трансформаторлар стерженли, бронли (ш-симон), торреодал ва лентасимон кесимли бўлиши мумкин. Бажарилиш схемаси бўйича трансформаторлар (яъни чўлғамлар сони бўйича) бир, икки ва кўп чўлғамли бўлиши мумкин. Электр энергияси манбасига уланадиган чўлғам бирламчи, истеъмолчига уланадиган чўлғам эса иккиламчи чўлғам дейилади.

Трансформаторнинг бирламчи чўлғами битта, иккиламчи чўлғамлари эса бир нечта бўлими мумкин. Бир чўлғамли трансформатор автотрансформатор дейилади (ТВ стабилизаторидаги маиший трансформатор). Унда иккиламчи чўлғам бирламчи чўлғамнинг бир қисми ҳисобланади. Унда бирламчи ва иккиламчи томонлар орасида ҳам магнит, ҳам электр алоқа мавжуд. Икки чўлғамли трансформатор битта бирламчи ва битта иккиламчи чўлғамларга эга бўлади. Улар бир-бирларидан электр жиҳатидан изоляцияланади. Кўп чўлғамли трансформатор битта бирламчи ва бир неча иккиламчи чўлғамларга эга бўлиб, улар бир-бирлари билан электр жиҳатдан боғланмайди.

Ишчи частотаси буйича трансформаторлар шартли равишда қуйидагиларга ажратилади;

- камайтирилган частотали (50 Гцдан кичик).

- саноат частотали (50 Гц)

- оширилган частотали (100 Гц-10 кГц)

- юқори частотали (10 кГцдан юқори).

Фазалар сони бўйича трансформаторлар бир фазали (1.6-расм) ва кўп фазали (уч фазали, олти фазали ва х.к.) бўлиши мумкин. Бирламчи чўлғам фазалари сони электр энергияси манбаи фазалари сони орқали, иккиламчи чўлғам фазалари сони эса трансформаторнинг схемадаги вазифаси орқали аниқланади.

Кучланиш бўйича трансформаторлар кичик кучланишли (унинг ҳар қандай чўлғамининг кучланиши 1000 В дан кичик бўлади) ва юқори кучланишли (унинг чўлғамларидан камида бирининг кучланиши 1000 В дан катта бўлади) трансформаторларга бўлинади.

1.2.1. Трансформаторнинг тузилиши

Трансформаторнинг асосий қисмлари берк пўлат ўзак (магнит ўтказгич) ва унга ўраладиган чўлғамлар ҳисобланади. Ўзаклар стерженли, ҳимоявий, торреодал, тасмасимон кесимли бўлиши мумкин (1.7-расм).

Ўзакнинг чўлғам ўраладиган қисми стержен, чўлғам ўралмайдиган ва магнит занжирни туташтириш учун хизмат қиладиган қисми эса ярмо дейилади.

Стерженли бир фазали трансформаторларда чўлғамлар ҳар иккала стерженларга (ҳар бир чўлғамнинг ярми биринчи стерженга ва бошқасига эса иккинчи ярми) ўралади. Ҳимоявий (Ш-симон) бир фазали трансформаторлари ҳар иккала чўлғамлар ўртадаги стерженга ўралади, уч фазали трансформаторларда эса ҳар бир фаза бирламчи ва иккиламчи чўлғамлар ўз стерженларига ўралади. Торреодал трансформаторлар бир фазали ва кичик қувватли тарзда ясалади. Ўзаклар материали Э-41,42 ва бошқа маркалардаги махсус электротехник пўлат пластиналар хизмат қилади.

Пластиналар қалинлиги трансформатор частотасига боғлиқ. f=50 Гц частотада ишлайдиган трансформаторлар учун 0,5 ёки 0,35 ммли қалинликдаги пўлат пластиналардан, юқорироқ частоталарда ишлайдиган трансформаторлар учун эса 0,2 дан 0,08 ммли қалинликдаги пўлат пластиналардан фойдаланилади (1.8-расм).

Tрансформаторлар ўзгарувчан токда ишлаганлиги учун пўлат ўзакларда уюрма токлар (Фуко токлари) пайдо бўлади, улар трансформатор пўлат ўзагидаги қувват йўқотишларига сабаб бўлади. Бу йўқотишларни камайтириш учун ўзаклар юпқа пластиналардан йиғилади ва бу пластиналар бир томонидан бир-бирларидан изоляциялаш учун лак қоплами билан қопланади (ёки юпқа қоғоз ёпиштирилади). Стерженли ўзаклар тўғри бурчакли шаклдаги алоҳида пластиналардан йиғилади.

Ҳимоявий ўзаклар штампланган Ш-симон пластиналардан йиғилади. Торреодал ўзаклар оширилган частотали кичик қувватли (ўнлаб Втлар) трансформаторлар учун ясалади.

Кучланишни трансформациялаш коэффиценти бўйича трансформаторлар камайтирувчи ва орттирувчи трансформаторларга бўлинади.

1.2.2. Трансформаторнинг ишлаш принципи

Трансформаторнинг ишлаш принципини икки чўлғамли стерженли трансформатор ёрдамида кўриб чиқамиз (1.9-расм).

1.9-расм. Трансформаторнинг ишлаш принципи

Трансформаторнинг ишлаш принципи бир-бирлари билан электр жиҳатдан боғланмаган ва қўзғалмас икки ёки бир неча чўлғамларнинг ўзаро электромагнит таъсирланишига асослангандир. Чўлғамлар W₁ ва W₂ ўрамлар сони орқали характерланади.

Трансформаторнинг учта: салт ишлаш, қисқа туташув ва юклама иш режимлари мавжуд.

Бу режимларни кетма-кет кўриб чиқамиз.

1.2.3. Трансформаторнинг иш режимлари

Трансформаторнинг салт ишлаш режими

Салт ишлаш режимида трансформаторнинг бирламчи чўлғами ўзгарувчан ток манбаига уланади, иккиламчи чўлғамининг учлари эса очиқ қолади, яъни иккиламчи чўлғам токи нолга тенг бўлади. U₁ кучланиш синусоидал қонун бўйича ўзгаради деб олайлик. Унинг таъсирида бирламчи чўлғамдан (ўзаклар сони W₁ бўлган) салт ишлаш токига тенг бўлган I₁=I₀ синусоидал ток оқиб ўтади. I₀ токнинг қиймати трансформатор қувватига боғлиқ; кичик қувватли трансформаторларда I₁ ток номинал қийматининг 25-30 фоизига, катта қувватли трансформаторларда эса I₁ ток номинал қийматининг 3-10 фоизигача етади. I₁ ток таъсирида F₀=I₀×W₁ магнитловчи куч вужудга келади ва бу куч трансформатор ўзагида Ф магнит оқимини ҳосил қилади. Унинг катта қисми трансформатор магнит ўзагида туташади ва бирламчи (ўрамлари сони W₁ бўлган) ва иккиламчи (ўрамлар сони W₂ бўлган) чўлғамлар барча ўрамларни кесиб ўтадиган Ф₀ асосий магнит оқимини ҳосил қилади. Ф магнит оқимининг унга катта бўлмаган қисми бирламчи чўлғам атрофида ҳавода туташади ва фақат бирламчи чўлғамга боғланган Ф_1s тарқалиш оқимини ташкил қилади.

Ф_1s оқим бирламчи чўлғамда тарқалиш ЭЮКини индукциялайди:

. (1.8)

Асосий магнит оқими Ф₀ эса бирламчи ва иккиламчи чўлғамларда ЭЮКларни индукциялайди.

(1.9)

(1.10)

Агар Ф₀ оқимни синусоидал деб ҳисобласак, яъни Ф₀=Ф_0msinw бўлса, у ҳолда индукцияланган ЭЮКлар (1.9) ва (1.10) ларга мувофиқ қуйидаги тарзда ёзилади:

е₁ =-W₁×ω×Ф_0m×cos ωt=ω×W₁×Ф_0m ×sin (wt -π/2) (1.11)

e₂ =-W₂×ω×Ф_0m×cos ωt=ω×W₂×Ф_0m× sin (wt -π/2), (1.12)

бу ерда ωW₁Ф_0m=E_1m, ωW₂Ф_0m =E_2m, яъни е₁ ва e₂ ҳам синусоиал қонун бўйича ўзгаради, лекин фаза бўйича π/2 бурчакка орқада қолади. Амалда ЭЮКларнинг оний қийматларига эмас, таъсир этувчи қийматларига таянилиб, улар қуйидаги формулалар орқали аниқланилади:

(1.13)

, (1.14)

(1.15)

(1.9) ва (1.10) формулаларда кўринадики, бирламчи ва иккиламчи чўлғамлар ЭЮКлари бу чўлғамлар ўрамлари сонларига тўғри пропорционал, яъни ўрамлар сони қанча катта бўлса, чўлғам ЭЮКи шунча катта бўлади.

Трансформаторларни W₁>W₂=E₁/E₂=n нисбати билан характерлаш қабул қилинган. Бу нисбат трансформация коэффициенти дейилади. У бирламчи ва иккиламчи чўлғамлари ЭЮКлари ўзаро неча марта фарқ қилишини кўрсатади. Кўп сонли ўрамларга эга бўлган чўлғам юқори кучланишли чўлғам, кам сонли ўрамларга эга бўлган чўлғамлар эса паст кучланишли чўлғамлар дейилади.

Агар W₁>W₂ бўлса, трансформатор камайтирувчи, W₁<W₂ бўлса, трансформатор орттирувчи трансформатор дейилади. Трансформатор тармоқдан S₁=U₁×I₁ қувватни истеъмол қилади, у иккиламчи томондаги S₂=U₂×I₂ қувватдан катта ёки унга тенг бўлади, яъни S₂<S₁. Шунинг учун трансформатор чўлғамидаги кучланиш қанча катта бўлса, ундаги ток шунча кичик бўлади, яъни

_(1.16)

Агар трансформатор бирламчи чўлғамидаги ва ўзакдаги энергия исрофи ҳисобга олинмаса ва бутун Ф магнит оқим бўйича туташади, деб ҳисобласак, Е₁ ЭЮК Ленц қонуни бўйича U₁ берилган кучланишга қиймат бўйича тенг, ишора бўйича эса қарама-қарши бўлади, яъни –É₁=Ú₁ бўлади. Лекин амалда ўзакдаги ва магнит оқими тарқалиши исрофларини ҳисобга олмасдан бўлмайди. Шунинг учун реал трансформаторларда İ₀ салт юриш токи İ_0а актив ва İ_0р реактив ташкил этувчиларга эга бўлади. İ_0а актив ташкил этувчи трансформатор магнит ўтказгичларидаги қувват йўқотиш учун сарф бўлади (гистерезис ва уюрма токларга ), İ_0р магнит ўзакда Ф₀ асосий магнит оқимини сарф қилишга сарф бўлади, яъни

İ₀ =İ₀a + İ_0p (1.17)

Бундан ташқари реал трансформаторнинг бирламчи чўлғами r₁ актив қаршиликка эга, бу қаршиликда İ₀ ток таъсирида Ū₀a=İ₀r₁ кучланиш камаяди. Бундан ташқари Ф_IS тарқалиш оқимининг мавжудлиги учун бирламчи чўлғамда Ė₁s=-jx₁İ₀ тарқалиш ЭЮКи вужудга келади, бу ерда х₁-бирламчи чўлғам тарқалиш индуктив қаршилиги. Киргхофнинг иккинчи қонунига биноан берилган Ū₁ кучланиш трансформатор бирламчи занжиридаги барча кучланишлар пасайишига тенг бўлиши керак, яъни

Ū₁=-Ė₁-Ė₁s+ İ₀r₁ =-Ė₁+r₁İ₀ + jx₁İ₀ ва Ū₂ =Ė₂ (1.18)

Олинган муносабатларга асосланиб салт ишлаш режимида трансформаторнинг вектор диаграммасини қуриш мумкин (1.10-расм). Вектор диаграммани қуришни горизонтал йўналишда Ф₀ магнит оқимининг векторини қўйишдан бошлаймиз. Биз синусоидал идеал оқим ҳолатини кўриб чиқаётганлигимиз учун улар индукциялайдиган Ė₁ ва Ė₂ ЭЮКлар оқимдан фаза бўйича 90⁰ га орқа қолади (cos ишораси алмашгани учун). Мусбат айланиш йўналиши сифатида соат мили йўналишига қарама-қарши йўналиш қабул қилинади. Токнинг реактив ташкил этувчиси İ_0р, Ф_о оқимнинг йўналишига мос тушади, актив ташкил этувчиси İ_0а эса, Ф_о оқимни 90⁰ га орқада қолдиради. İ₀ ток геометрик (İ_0а+ İ_0р) сумма каби аниқланади. Ф_о ва İ₀ орасидаги бурчак магнит кечикиш бурчаги ёки магнит йўқотишлар бурчаги дейилади ва пўлат ўзакдаги қувват йўқотилиши қийматига боғлиқ бўлади. Тарқалиш оқимининг вектори Ф_s, İ₀ токнинг йўналишига мос тушади, Ė_1s вектор эса ундан 90 фоизга ортда қолади. Кейин (1.18) тенгламадан фойдаланамиз.

О нуқтадан –Ū₁ векторни қўямиз ва унинг охирига İ₀ r₁ векторни İ₀ векторга параллел қўямиз. Вектор диаграммадан кўриниб турибдики, салт ишлаш режимида Ė₁ ва Ė₂ векторлар Ū₁ векторга нисбатан 180⁰ фоизга яқин бурчакка сурилган. (1.18) формулада r₁+j x₁ =z₁ белгилаш мумкин, у ҳолда

Ū₁ =-Ė₁+z₁×İ₀ (1.19)

Бу комплекс қаршиликнинг модули z₁= бирламчи чўлғамнинг тўлиқ қаршилиги ҳисобланади. (1.19) формулада –Ė₁=İ₀z₀ алмаштириш мумкин, бу ерда z₁ – пўлат ўзак киритадиган тўлиқ қаршилик. İ₀ ток – Ė₁ вектордан фаза бўйича ортда қолаётганлиги учун z₀ қаршилик фақат актив (r₀) ташкил этувчига эмас, индуктив (х₀) ташкил этувчига ҳам эга бўлади, яъни z ₀=r₀+jх_0.

х₀ ва r₀ ларда ажраладиган энергия ўзакда асосий магнит оқимини ҳосил қилиш ва унда вужудга келадиган йўқотишларни қоплаш учун сарфланади. Буни ҳисобга олиб (1.19) формула Ū₁=İ₀ z₁+İ₀z₀=İ₀(z₁+ z₀) тенглик кўринишига ўзгартирилади. Бу тенгламага асосланиб салт ишлаш режимидаги трансформаторнинг эквивалент схемасини чизамиз (1.11-расм).

1.14-расм. Салт ишлаш тажрибасини ўтказиш схемаси ва унинг эквивалент схемаси

Трансформаторнинг параметрларини аниқлаш учун салт ишлаш тажрибаси ўтказилади. Кўп трансформаторларда салт ишлаш режимида бирламчи чўлғамдаги қувват йўқотишлари кам, иккиламчи чўлғамдаги қувват йўқотишлари эса 0 га тенг бўлганлиги учун Ė₁»Ū₁, Ė₂=Ū₂ деб ҳисоблаш мумкин. Шундай қилиб, салт ишлаш режимида n»U₁/U₂ трансформациялаш коэффициенти, ўзакдаги қувват исрофи (бошқача қилиб айтганда салт ишлаш йўқотишлари ёки доимий йўқотишлар) ва салт ишлашдаги z₁ ва z₀ кириш қаршиликлари аниқланади.

Ū₁=–Ė₁ + Ė_s1 + Ė₁ + İ₀ r₁ =–Ė₁ + r₀×İ₀ + j×x₀×İ₀

Ū₂ = Ė₂

r₁≠ j×x₁=z₁

Ū₁=–Ė₁ + Ė_s1

Ū₁= –Ė₁ + İ₀×z₁

z₁= – тўлиқ қаршилик

Трансформаторнинг юклама режими

Агар трансформаторнинг иккиламчи чўлғамига юклама уланса, у ҳолда трансформатор ишчи режимда ишлайди (1.12-расм). Бу режимда трансформатордаги физик жараёнлар юклама характерига боғлиқ бўлади. Икки асосий актив-индуктив ва актив-сиғимли юкламали ҳолларни кўриб чиқамиз.

Агар бирламчи чўлғамга V₁ кучланиш берилса, иккиламчи чўлғамни эса юкламага уланса, у ҳолда ҳар иккала чўлғамлардан мос равишда İ₁ ва İ₂ токлар оқиб ўтади. Улар трансформаторда Ф_is ва Ф_ғs магнит оқимларини ҳосил қилади. Уларнинг кўп қисми трансформатор ўзагида туташади, қолган кам қисми эса чўлғамлар атрофида Ф₁ ва Ф₂ тарқалиш оқимларини ҳосил қилиб, ҳавода туташади. Бу оқимлар трансформатор чўлғамларида Ė_1s ва Ė_2s тарқалиш ЭЮКларини ҳосил қилади, улар бирламчи ва иккиламчи чўлғамлар х₁ ва х₂ индуктив тарқалиш қаршиликларига сарфланади, яъни

Ė_1s= –jİ₁x₁ (1.20)

Ė_2s= –jİ₂x₂ (1.21)

Бу ҳолда юкланган трансформатор учун мувозанат тенгламаси қуйидаги кўринишга эга бўлади:

Ū1= –Ė1–Ė1s+İ1×r1=–Ė1+j×İ1×x1+İ1×r1	(1.22)
Ū2=Ė2+Ė2s–İ2×r2=Ė2–j×İ2×x2–İ2×r2	(1.23)

Ф₂ оқимнинг ҳосил бўлиши учун Ф₁ оқим хизмат қилганлиги учун Ленц қонуни бўйича улар қарама-қарши йўналади, яъни трансформатор ўзагида натижавий йиғинди оқим вужудга келади. Бу оқим Ė₁ ва Ė₂ ЭЮКлар манбаи ҳисобланади. Агар İ₂ юклама токи ортса, Ф₂ оқим ортади, у ҳолда Ф камаяди, демак, Ė₁ ва Ė₂ ЭЮКлар ҳам камаяди. (1.22) тенгламадан кўриниб турибдики Ė₁ камайганда тенгликни сақлаш учун İ₁ ортиши керак, бу эса Ф₁ оқимни ва Ф йиғинди оқимни орттиради. İ₁ ток Ф₂ оқимни магнитсизловчи таъсирини компенсациялагунча ортади, яъни Ф оқим қиймати тикланади. Агар İ₂ камая бошласа (0 гача), Ф оқим ва унга мос равишда Е₁ ва Е₂ ЭЮКлар ортади. Лекин Ė₁ ортганда (1.22) İ₁ ток, яъни Ф₁ оқим камая бошлайди ва мос равишда Ф оқим Ф₀ оқимга тенг бўлиб қолади. Шундай қилиб, трансформаторда йиғинди магнит оқими юклама ўзгаришининг кенг чегараларида деярли ўзгаришсиз қолади ва салт ишлаш оқимига тенг бўлади, яъни

Ф=Ф₁–Ф₂ =Ф₀ (1.24)

Демак, магнитловчи кучни ҳосил қиладиган бу оқим ҳам ўзгаришсиз қолади, магнитловчи куч қуйидаги формула орқали аниқланади: F₀=İ₀×W₁, F₀–трансформатор салт ишлаганидаги магнитловчи куч.

Трансформатор юкламада ишлаганида унинг магнит ўтказгичида F₁=İ₁×W₁ ва F₂=İ₁×W₂ магнитловчи кучлар мос равишда Ф₁ ва Ф₂ магнит оқимларини ҳосил қилади. У ҳолда натижавий магнитловчи куч F_н = F₁±F₂ = I₁×W₁+ I₂ ×W₂ бўлади.

Йиғинди магнитловчи куч F_н=F₀ ,бўлганлиги учун қуйидагини ёзиш мумкин:

İ₀×W₁=İ₁×W₁ +İ₂×W₂ (1.25)

Бу тенглама магнитловчи кучлар мувозанат тенгламаси дейилади. Шундай қилиб, трансформатор юклама режимида ишлаганида (1.22) ва (1.23) тенгламалар орқали тавсифланадиган бир-бирларидан электр жиҳатдан мустақил бўлган икки бирламчи ва иккиламчи тармоқлар контурлари кўриб чиқилади. Улар асосида трансформаторнинг вектор диаграммасини ва эквивалент схемасини қуриш мумкин. Лекин бунда бирламчи ва иккиламчи занжирларга тааллуқли бўлган катталикларни таққослаш зарур бўлади. Агар трансформациялаш коэффициенти n¹1 бўлса, у ҳолда бу катталиклар турлича бўлади. Вектор диаграммалар ва эквивалент схемаларни қуришда қулайлик учун трансформатор иккиламчи чўлғамини бирламчи чўлғамга келтириш қабул қилинган, яъни бирламчи чўлғам ўрамлари сонига тенг бўлган ўрамлар сонили чўлғам бор деб шартли ҳисоблаш мумкин, у ҳолда E’₂=E₁=n×E₂=E₂ (W₂/W₁) бўлади.

(1.25) тенгламани W₁ га бўлиш мумкин, у ҳолда у I₀=I₁+I₂×W₁/W₂ кўринишга, бирламчи чўлғамга келтирилгани эса I₂=W₂/W₁=1/n×I₂=I′₂ кўринишга эга бўлади. Бу ҳолда, чўлғамлар орасидаги электромагнит алоқани фақат электр алоқага алмаштириш мумкин. У ҳолда трансформаторнинг актив, индуктив ва тўлиқ қаршиликларини аниқлаш мумкин. Трансформаторнинг вектор диаграммасини қуришни Ф₀ вектордан бошлаймиз. Трансформаторнинг вектор диаграммасини актив-индуктив юклама ҳолат учун қурамиз. Кейин İ₀ ва Ė₁=Ė₂ векторларни қўямиз. Сўнгра (1.25) тенгламага мувофиқ İ₁=İ₀–İ₂ га тенг бўлган İ₁ векторни қидирамиз. Актив-индуктив юкламада İ₂ вектор Ė₂^’ вектордан маълум бурчакка ортда қолади, бирламчи чўлғамга келтирилган Ė_2s тарқалиш ЭЮКи вектор İ₁^’ вектордан 90⁰ га ортда қолади. Иккиламчи занжир параметрларини бирламчи занжирга келтирилишида барча қувват йўқотишлари ва электр катталиклар орасидага фазавий бурчаклар келтиришдан кейин ўзгаришсиз қолиши шарти бажарилади. Иккиламчи чўлғамнинг келтирилган актив қаршилиги I₂²×r₂=(I¢₂)²×r¢₂=(I₂/n)²×r шартдан аниқланади. Бундан r₂=n²×r₂ бўлади. Чўлғамнинг индуктив қаршилиги ўрамлар сонининг квадратига пропорционал, бундан x¢₂ =W₁/W₂×x₂=n²× x₂ бўлади.

Бирламчи чўлғам учун мувозанат тенгламаси қуйидаги кўринишда ёзилади:

Ū_k= –Ė₁+jx₁İ₁+İ₁r₁ (1.26)

Яъни I₁= –I’₂ деб оламиз ва диаграммани қурамиз (1.13-расм).

İ₁ вектор йўналишини билган ҳолда, (1.22) га мувофиқ Ė₁ векторни İ₁×r₁ векторга қўшамиз, кейин Ė_1s векторни айириб Ū₁ векторни ҳосил қиламиз. Вектор диаграммасидан кўриниб турибдики, иккиламчи чўлғам кучланишинг Ū₂ қиймати İ₂ юклама токига ва юклама характерига (яъни Ψ га) боғлиқ бўлади. Актив-индуктив юкламада Ū₂ абсолют қиймати бўйича Ė₂ ЭЮКдан кичик (êŪ¢₂ ê<êĖ¢₂ê), актив-сиғим юкламада эса катта ( êŪ¢₂ ê> êĖ¢₂ ê) бўлади.

E₁=E₂

1.13-расм. Трансформаторнинг юкланган режимидаги вектор диаграммаси

Юкланган трансформаторнинг эквивалент схемасини асосий мувозанат тенгламаларини таҳлил қилган ҳолда қуриш мумкин (1.14-расм). Уларни қуйидаги кўринишда ёзиш мумкин:

Ū1= –Ė1+ İ1×z1	(1.27)
Ū2=Ė2 – İ1×z2,	(1.28)

бу ерда z₁ ва z₂-бирламчи чўлғамнинг тўла қаршилиги ва иккиламчи чўлғамнинг келтирилган тўла қаршилиги.

Ė₁=Ė₂=–İ₀×z₀ деб белгилаймиз, бу ерда İ₀–салт ишлаш токининг вектори, z₀–магнитловчи контурнинг тўла қаршилиги. Трансформатор иккиламчи чўлғамининг кучланиши юклама бўлганида Ū₂=İ¢₂×Z¢_ю бўлади, бу ерда Z¢_ю=n²×Z_ю–ташқи юкламанинг келтирилган тўла қаршилиги. Мувозанат тенгламасидан İ¢₂=İ₀–İ₁ га эгамиз. У ҳолда трансформаторнинг иккиламчи чўлғами учун ЭЮКлар мувозанат тенгламаси қуйидаги кўринишга эга бўлади:

(İ₀–İ₁)∙Z¢_ю= –İ₀∙z₀ + (İ₁–İ₀)∙Z¢₂ (1.29)

У ҳолда салт ишлаш токи қуйидагига тенг бўлади:

I₁=(Z₂+Z_ю)/(Z₀+Z₂+Z_ю) ∙I₀ (1.30)

Унинг қийматини (1.27) формулага қўйиб қуйидаги кўринишдаги ифодани оламиз:

Ū₁ = İ₀∙z₀ + İ₁∙z₁ = İ₁∙z₁ + z₀∙(Z¢₀+Z¢₂+Z¢_ю)/(Z¢₂+Z¢_ю) (1.31)

1.14-расм. Трансформаторнинг юкланган режимидаги эквивалент схемаси

У ҳолда юклама бўлганда трансформаторнинг эквивалент қаршилиги қуйидагича бўлади:

Z_э = Z₁ + Z₀∙(Z₂+Z_ю)/(Z₀+Z₂+Z_ю), (1.32)

яъни у икки кетма-кет уланган қаршиликлардан ташкил топади, бу ерда Z₁–бирламчи чўлғамнинг тўла қаршилиги, иккинчи қўшилувчи Z₀ эса (контурнинг магнитланиши) ва иккиламчи занжир тўла қаршилигини (яъни иккиламчи чўлғам ва трансформатор юкламаси тўла қаршиликларининг кетма-кет уланиши) параллел уланишидир.

Трансформаторнинг қисқа туташув иш режими

Қисқа туташув режимида бирламчи чўлғам тармоққа уланади, иккиламчи чўлғам эса қисқа туташтирилади. Ишлатиш шароитларида қисқа туташув авария режими ҳисобланади ва чўлғамлар токлари катта қийматларга ортиб кетади. Бунда чўлғамлар кучли қизийди ва уларни деформациялайдиган катта механик кучлар таъсир қилади.

Лекин, ҳар қандай юкламада трансформатор параметрларини аниқлаш учун қисқа туташув тажрибаси ўтказилади. Бу тажрибада иккиламчи чўлғам қисқа туташтирилади, бирламчи чўлғамга эса пасайтирилган U_k кучланиш берилади. Бу кучланиш қисқа туташув кучланиши дейилади ва номиналдан фоизларда ўлчанади, яъни

(1.33)

Стандарт бўйича қисқа тутушув кучланиши номинал кучланишнинг 5,5....10.5 фоизини ташкил қилади. U _k қиймат жуда кичик бўлганлиги сабабли I₀ магнитловчи ток ва мос равишда Ф₀ магнит оқими сезиларсиз бўлади, яъни I_0k»0 бўлади, бунда бирламчи чўлғамнинг магнитловчи кучи иккиламчи чўлғамнинг магнитловчи кучини компенсациялаш учун сарф бўлади. Магнитловчи токни ҳисобга олинмаса (яъни I_0k=0), у ҳолда магнит мувозанат тенгламаси İ₁∙W₁+İ₂∙W₂=0 кўринишга эга бўлади ва агар трансформаторни келтирилган деб ҳисобланса, у ҳолда İ₁=–İ₂ бўлади. Иккиламчи чўлғамнинг мувозанат тенгламаси қуйидаги кўринишга эга бўлади:

Ū¢₂=Ė¢₂–İ¢₂∙z¢₂=0 (1.34)

яъни

Ė¢₂=İ¢₂∙(r¢₂+j∙x¢₂) (1.35)

Иккиламчи чўлғамдан оқиб ўтадиган İ¢₂, ток Ė¢₂ вектордан y_2к бурчакка ортда қолади, у қуйидаги шартдан аниқланади:

–X₂/r₂∙tgy₂ = π/2 (1.36)

Трансформаторнинг қисқа туташув режимидаги вектор диаграммасини қуриш мумкин (1.15-расм). Абциссалар ўқига Ф_mқт қўямиз, ундан Ė₁=Ė′₂ векторлар 90⁰ га ортда қолади, Е¢₂ вектордан эса İ¢₂ вектор y_2к бурчакка ортда қолади, бинобарин

Ė¢₂ =İ¢₂∙r¢₂ + j∙x¢∙ İ¢₂ (1.37)

Қисқа тутушув режимида ишлаётган трансформаторнинг эквивалент схемаси қуйидаги муносабатлардан келиб чиқиб қурилади: (1.37) дан қуйидагилар келиб чиқади

Ė₁= –Ė’₂= – (İ’₂∙r’₂+j∙İ’₂∙x’₂), (1.38)

у ҳолда

Ū_k=İ₁r₁+jx₁İ₁–İ’₂r₂–jx₂İ’₂=İ₁×(r₁+jx₁+r’₂+jx’₂) (1.39)

I₀=0 бўлганлиги сабабли, z₀=¥, z_н=0, у ҳолда эквивалент схема 1.16-расмда кўрсатилган кўринишда бўлади.

1.15-расм. Трансформаторнинг қисқа туташув режимидаги вектор диаграммаси

Трансформаторнинг қисқа туташув қаршилиги z_k=r₁+j×x₁+r₂+j×x₂, бундан қисқа туташувда трансформатор қаршилигининг актив ва реактив қаршиликларини аниқланади:

r_k=r₁+r¢₂, x_k=x₁+x¢₂,

x₁ r₁ x₂^’ r₂^’

U_k

İ₁= İ₂^’

1.16-расм. Трансформаторнинг қисқа туташув режимидаги эквивалент схемаси.

Бу қаршиликлар трансформатор чўлғамларидаги йўқотишларни аниқлайди ва трансформатор мис чўлғамларидаги Р_м йўқотишлар дейилади, чунки қисқа туташувда I₁ ва I₂ номинал токлар оқиб ўтади, трансформаторнинг бутун қуввати чўлғамларнинг қизишига сарф бўлади, I₀=0, Ф₀=0 яъни пўлат ўзакдаги йўқотишлар нолга тенг бўлади.

1.2.4. Трансформаторнинг фойдали иш коэффициенти

Трансфарматорнинг тармоқдан оладиган актив истеъмол қуввати P₁, унинг юкламага узатадиган P₂ қувватига тенг бўлмайди, чунки P₁ қувватни бир қисми магнит оқимини ҳосил килиш учун, яъни пўлат ўзакдаги (P_п) ва чўлғамларни қизиши учун, яъни симлардаги йўқотишлар (P_м) учун сарф бўлади, қувватнинг қолган қисми эса юкламага узатилади .

Пўлат ўзакдаги қувват йўқотишлар салт ишлашдаги йўқотишларга тенг ва ўзгармас ҳисобланади, симлардаги йўқотишлар эса юклама токига боғлиқ ва I₁₂² га пропорционал, яъни ўзгарувчан йўқотишлар ҳисобланади (1.17–расм). Трансформаторнинг ФИКи юкламага узатиладиган кувватни истеъмол қувватига нисбатидир, яъни

h = Р₂/Р₁ (1.40)

ФИК кўпинча фоизларда аниқланади:

h (%) = ( Р₂/Р₁) ×100 % (1.41)

ёки йўқотишлар ҳисобга олинса:

(1.42)

Симлардаги қувват йўқотишлари юклама ток қийматига боғлиқ. муносабат трансформаторнинг юклама коэффициенти дейилади, у номинал юкламага нисбатан трансформатор канча юкланганлигини кўрсатади. h=f (b) боғлиқликни куриб чиқамиз. Ундан кўриниб турибдики трансформаторнинг ФИКи ўзгармас ва ўзгарувчан қувват йўқотишлар ўзаро тенг бўлганида максимал бўлади.

1.2.5. Ўлчов трансформаторлари

Кўпинча катта ток ва кучланишларнинг ўлчаш ноқулай бўлади, чунки бунда ўлчаш асбобларини ясаш ва ишлатиш мураккаб бўлади. Ўзгарувчан токлар ва кучланишлар ўлчаш чегараларини кенгайтириш ва юқори кучланишдан ўлчаш асбобларини изоляциялаш учун ток ва кучланиш трансформаторлари мавжуд.

Ток трансформаторлари

Ток трансформаторлари катта қийматли (40Агача) токни кичик қийматли токга ўзгартириб беради ва бирламчи чўлғамдаги ҳар кандай ток қийматида иккиламчи чўлғамдаги ток қиймати 5Адан ошмайди.

Бирламчи чўлғамдаги токнинг қийматига кўра, улар 1 Адан 40 кАгача бўлган 40 градацияга эга. Иккиламчи чўлғам номинал токи 1А, 2А, 2.5А ва 5А бўлиши мумкин. Иккиламчи чўлғамлар бир нечта бўлиши мумкин. Схемада ток трансформатори 1.18– расмда кўрсатилган тарзда белгиланади.

Бирламчи чўлғам (Л₁-Л₂) бир ёки бир неча жуда катта кесимли симли ўрамлардан ташкил топади ва юклама занжирига кетма–кет уланади. Ток ўлчанадиган (U₁-U₂) иккиламчи чўлғам кичик кесимли симлардан кўп сонли ўрамли тарзда бажарилади ва кичик қаршиликга эга бўлган амперметр ёки бошқа асбоб ғалтагига кетма-кет уланади (ҳисоблагич, ваттметр ва ҳ.к ), яъни ток трансформатори қисқа туташувга яқин бўлган режимда ишлайди. Унинг магнит тизими мувозанатга эга эмас. Агар бирламчи чўлғамдаги ток ўзгарганида, иккиламчи чўлғам занжири узилса, яъни I₂=0 бўлса, I₁ камаймайди, у ҳолда магнит занжирида жуда катта магнит оқими ҳосил бўлади, бу ўзакни рухсат этилмайдиган қизишини келтириб чиқаради, хаёт учун хавфли ва иккиламчи чўлғам изоляциясини бузилишига олиб келади. Хавфсизликни таъминлаш учун ток трансформатори иккиламчи чўлғами ерга уланади. Ишлаётган ток трансформаторининг иккиламчи чўлғамларини ажратиб булмайди. U₁-U₂ занжирга асбоблар шундай уланадики, асбобдаги токнинг мусбат йуналиши назорат қилинадиган занжирдаги ток йўналиши билан мос тушиши керак.

Кучланиш трансформаторлари

Улар кичик қувватли трансформаторлар бўлиб кўп сонли ўрамли (A-X) бирламчи чўлғамлари ўлчанадиган тармоқнинг чизиқли симларига уланади, (а-х) иккиламчи чўлғам эса вольтметрга ёки катта қаршиликка эга бўлган бошқа асбобга уланади (1.19−расм).

Трансформациялаш коэффициенти шундай танланадики, тармоқ номинал кучланишида иккиламчи чўлғам кучланиши 100 В ёки 200 В дан ошмасин.

Кучланиш трансформаторлари шундай уланиши керакки, асбобга бирламчи кучланишга фаза бўйича мос тушадиган иккиламчи кучланиш бериш керак бўлади. Чунки иккиламчи чўлғам қаршилиги етарлича катта бўлганлиги учун кучланиш трансформаторини салт ишлашга яқин режимда ишлайди деб ҳисоблаш мумкин, яъни иккиламчи чўлғамдаги ток 0 га яқин бўлади. Шундай қилиб, бирламчи ва иккиламчи чўлғам кучланишлари бу чўлғамлар ЭЮКларига тенг бўлган сон жиҳатдан n марттага трансформациялаш коэфициентига фарқ қилади.

Трансформация коэффициентини билган ҳолда вольтметр кўрсатишлари бўйича U₁ кучланишни аниқлаш мумкин. Агар иккиламчи занжирдаги ток ортса, U₂ кучланиш ўзгаради ва ўлчаш аниқлиги иккиламчи чўлғамдаги кучланишнинг пасайиши ҳисобига камаяди. Чунки бу трансформаторнинг бирламчи чўлғами юқори кучланишли тармоққа уланган ва паст кучланишли тармоққа ўтиши юз бериши мумкин, у ҳолда ишлатишда иккиламчи чўлғам ерга уланади.

1.3. Aвтотрансформаторлар

Трансформаторда фақат электромагнит алоқага эга бўлган камида икки чўлғам мавжуд. Aвтотрансформатор эса битта чўлғамдан иборат бўлиб, у бир вақтнинг ўзида ҳам бирламчи, ҳам иккиламчи тармоққа тегишли бўлади.

Aвтотрансформаторлар орттирувчи ва камайтирувчи бўлиши мумкин. (1.20-расм).

Aвтотрансформаторнинг бирламчи ва иккиламчи чўлғамлари электромагнит алоқадан ташқари, электр алоқага ҳам эга бўлади. Камайтирувчи автотрансформаторларда W₁ ўрамлар сонили бутун чўлғам (А...х) бирламчи чўлғам, W₂ (W1>W2) ўрамлар сонили ва бирламчи чўлғамнинг бир қисми (а...х) эса иккиламчи чўлғам ҳисобланади. Орттирувчи автотрансформаторларда, аксинча бирламчи чўлғам W1 ўрамлар сонили бутун чўлғамнинг бир қисми (а...х), иккиламчи чўлғам эса W2 (W1<W2) ўрамлар сонили бутун чўлғам (А...х) ҳисобланади. Чўлғамлар бошини А, охирини эса х билан белгилаймиз.

1.20-расм. Автотрансформаторларнинг электр схемалари

Камайтирувчи автотрансформаторларнинг ишлаш принципини кўриб чиқамиз. U₁ бирламчи кучланиш бирламчи чўлғамнинг А...х учларига берилади. Салт ишлашда (I₂=0,Z_ю=¥) бўлади. Бирламчи чўлғамдаги қувват йўқотишларни эътиборга олинмаса ЭЮКлар мувозанат тенгламасини қўйидагича ёзиш мумкин.

Бирламчи чўлғам учун:

U₁=Е₁=4,44∙W₁∙f∙Ф_m (1.43)

Иккиламчи чўлғам учун

U₂ =Е₂ =4,44∙W₂∙f∙Ф_m (1.44)

Салт ишлаш режимидаги бирламчи ва иккиламчи чўлғамлар ЭЮКлари нисбати автотрансформаторнинг трансформаторлаш коэффициенти дейилади

(1.45)

Агар иккиламчи чўлғам Z_ю юкламага уланса, иккиламчи чўлғамдан I₂ ток оқиб ўтади (I₁ ва I₂ токлар доимо қарама-қарши йўналади). Автотрансформатордаги қувват йўқотишлари трансформатордагидан кам, шунинг учун бу йўқотишлар эътиборга олинмаса, U₁×I₁=U₂×I₂ деб қабул қилиш мумкин .

(1.46)

Яъни автотрансформатор учун трансформатордаги барча асосий муносабатлар сақланиб қолади

Тармоқ кучланиши ўзгармаганда магнит оқими ўзгаришсиз бўлади, у ҳолда автотрансформаторнинг магнит мувозанат тенгламаси қўйидаги кўринишда бўлади:

İ₁×W₁ + İ₂×W₂ =İ₀×W_1. (1.47)

Чўлғамнинг А-х қисмидан бирламчи ва иккиламчи занжирлар токлари геометрик фарқига тенг бўладиган I₁₂ ток оқиб ўтади, яъни İ₁₂ =İ₁–İ₂.

Агар салт ишлаш токи эътиборга олинмаса (I₀=0 ) ва I₁ хамда I₂ лар қарама-қарши фазадалиги ҳисобга олинса, уларнинг геометрик йиғиндиси арифметик фарқига тенг бўлади, яъни

İ₁₂ = İ₂ –İ₁ =İ₂. (1.48)

Камайтирувчи автотрансформаторларда I₂>I₁ ва I₁₂ ток йўналиши билан I₂ ток йўналиши мос тушади кучайтирувчи автотрансформаторлар қатор афзалликлар ва камчиликларга эга.

Автотрансформаторнинг трансформаторга қараганда афзалликлари бир хил фойдали қувватда ишлаш ва ўраладиган сим кам сарфланади (чунки А...х қисмдан доимо токлар фарқи оқиб ўтадиганлиги учун бу қисмни ингичка симдан ўраш мумкин), кичик қувват йўқотишлари, юқори ФИК, юклама ўзгарганда кучланишнинг кам ўзгариши ҳисобланади. Бу афзалликлар трансформация коэффициенти бирга яқин бўлганда юқори бўлади, шунинг учун автотрансформаторлар иккидан катта бўлмаган трансформация коэффициентларида қўлланилади.

Автотрансформаторда қувват бирламчи чўлғамдан иккиламчи чўлғамга қувват фазали электромагнит йўл билан эмас, балки электр йўл билан чўлғамлар орасидаги тўғридан–тўғри электр алоқа орқали узатилади. Бу автотрансформаторнинг қуйидаги камчиликларини юзага келтиради :

1) юқори кучланишни кичик кучланишли тармоққа ўтиш имконияти, чунки чўлғамлар орасида тўғридан–тўғри электр алоқа бор. Шунинг учун агар энергия истеъмолчиси ерга уланган қутбга эга бўлса автотрансформаторни ишлатиб булмайди;

2) автотрансформатор кичик қисқа туташув каршилигига эга, яъни қисқа туташув токлари трансформатордагига қараганда анча катта бўлади.

1.4. Уч фазали занжирлар

Юқорида f частотали синусоидал ЭЮКка эга бўлган электр занжирлар ҳақида айтган эдик. Унинг графиги 1.24−расмда келтирилган. Лекин умумий электр энергия манбаи ҳосил қиладиган, фаза бўйича ўзаро қандайдир бурчакка сурилган, бир хил частотали синусоидал ЭЮКларли электр занжирлар бирлигини яратиши мумкин. Электр занжирларнинг бундай бирлиги кўп фазали тизим дейилади.

U

t

Т

1.21−расм. Бир фазали синусоидал ЭЮК графиги

Кўп фазали тизим токларидан бири оқиб ўтадиган электр занжирлар тизимининг қисми фаза дейилади(1.22−расм).

U

t

Т

1.22−расм. Икки фазали синусоидал ЭЮК графиги

Алоқа қурилмаларининг электр таъминоти тизимларида кўп фазали, яъни 2 фазали, 3 фазали, 6 фазали тизимлар кенг қўлланилади. Бу тизимларни кўпроқ тарқалган 3 фазали тизим мисолида кўриб чиқамиз (1.23−расм).

Ф

ω

1.23-расм. Доимий магнит майдонига ғалтак жойлаштирилганда бир фазали ЭЮКнинг олиниши

Кўп фазали тизим алоҳида фазалари орасидаги сурилиши бурчаги қуйидагича аниқланади.

a =2×π/m, (1.49)

бу ерда 2π–таъминот кучланишининг даври (360^о), m–тизимдаги фазалар сони. Агар ғалтакни доимий магнит майдонига жойлаштириб уни айлантира бошласа унда е=Е_м×sinwt ЭЮК индукцияланади, бу ерда w–бурчакли тезлик.

Энди ана шу магнит майдонига ўқлари фазода бир-бирларидан 120^о га сурилган 3 та бир хил ғалтакли тизимни жойлаштирамиз (1.24−расм).

Агар ғалтактаклардан ташкил топган тизимни w бурчакли тезлик билан айланишига мажбурланса, уларда уч фазали ЭЮК тизими вужудга келади. Агар А ғалтак алоҳида олинса, у ҳолда унда бир фазали тизимдагидек e_А=E_m×sinwt ЭЮК вужудга келади.

Ф

С ω

А

В

1.27−расм. Доимий магнит майдонида 3 та ғалтак жойлаштирилганда уч фазали ЭЮКни олиниши

В ғалтак А ғалтакдан фазода унга нисбатан 120^о га сурилгани билан фарқланади. Демак, унда ҳам А ғалтакдаги ЭЮК индукцияланади, лекин ундаги барча жараёнлар В ғалтак А ғалтакни ўрнини эгаллашга вақтингача кечикади. Ғалтакнинг бир марта тўлиқ айланишига синусоидал ЭЮКнинг битта Т даври мос келгани учун 120^о бурилишга Т/3 вақт мос келади, у ҳолда e_В = E_m×sin(wt-120^o) бўлади. А ва С ғалтаклар орасидаги бурчак 240º га тенг, у ҳолда e_С =E_m·sin(ωt+120˚). Бу ЭЮКлар график жиҳатдан 1.25−расмда тасвирланган.Кўп фазали тизимнинг алоҳида чўлғамлари уланишининг бир неча схемалари мавжуд. 3 фазали тизим учун асосий уланиш схемалари юлдуз ва учбурчак уланиш схемалари ҳисобланади.

1.25−расм. Уч фазали ЭЮКнинг график орқали тасвирланиши

«Y» юлдуз уланишда барча фазалар охирлари бир нуқтага, учлари эса юкламага уланади. Унинг график кўриниши 1.26−расмда кўрсатилган кўринишда бўлади.

Бу схемада фаза боши ва нолинчи нуқта орасидаги кучланиш фазавий кучланиш (U_ф), иккита фазалар бошланишлари орасидаги кучланиш эса чизиқли кучланиш (U_чиз) дейилади. Улар одатда фақат ўзаро симметрик, яъни U_А=U_B=U_C=U_ф; U_АВ=U_ВС=U_АС=U_ЧИЗ бўлади_.

1.26−расм.3 фазали чўлғамнинг «Y » схемада уланиши

Уч фазали чўлғам «Y» схемада улангандаги кучланишлар вектор диаграммаси 1.27−расмда келтирилган. Бинобарин U_ЧИЗ=×U_{ф ,} юлдуз схема учун I_ЧИЗ = I_Ф бўлади.

1.27−расм. Уч фазали чўлғамнинг «Y» схемада улангандаги вектор диаграммалари

Уч фазали чўлғам «Δ» схемада уланганда ҳар бир фазанинг охири, кейинги фазанинг боши билан уланади. Учбурчакнинг учларига юклама уланади. Уч фазали чўлғамнинг «Δ» схемада улангандаги вектор диаграммалари 1.28−расмда келтирилган.

1.28−расм Уч фазали чўлғамнинг «Δ» схемада улангандаги вектор диаграммалари

Бундай уланишда Ù_А=Ù_В=Ù_С=Ù_АВ=Ù_ВС=Ù_АС, яъни Ù_ЧИЗ = Ù_ф, юклама симметрик бўлганида эса Ì _ЧИЗ= √ 3× Ì_Ф бўлади.

1.5. Уч фазали трансформаторлар

Кўпинча уч фазали ток энергиясини юкламага узатиш керак бўлади. Бундай узатишни учта бир хил бир фазали трансформатор ёки битта уч фазали трансформатор орқали амалга ошириш мумкин. Одатда уч фазали трансформаторлар стерженли тарзда, яъни ярмо орқали боғланган учта стерженлардан иборат бўлади (1.29 ва 1.30−расмлар).

1.29−расм. Уч фазали трансформатор схемаси

Ҳар бир стерженга бир фазанинг ҳар иккала бирламчи ва иккиламчи чўлғамлар ўралади. Бирламчи чўлғамларни А-Х, В-У, С-Z, иккиламчи чўлғамларни эса мос равишда а-х, в-у, с-z белгилаш қабул қилинган. Бирламчи ва иккиламчи чўлғамлар кўпинча юлдуз ёки учбурчак схемада уланади. Юлдуз схемада уланишда хар бир фазанинг бошланиши уч фазали тармоқ манбаига ёки юкламага, охирлари (х, у, z) эса нолинчи ўтказгич чиқариладиган умумий нуқтага уланади. Учбурчак схемада уланишда биринчи фазанинг охири, иккинчи фазанинг бошланиши билан, иккинчи фазанинг охири учинчи фазанинг бошланиши билан, учинчи фазанинг охири эса биринчи фазанинг боши билан уланади.

1.30−расм Чўлғамларни юлдуз ва учбурчак схемаларида уланиши чизмаси

Бир фазанинг бошланиши ва иккинчи фазанинг охирининг уланиш нуқтасига уч фазали тармоққа уланади. Уч фазали икки чўлғамли трансформаторлар учун чўлғамларнинг Y/Y- , Y-/∆, Y/∆ , ∆/Y- гуруҳли уланишлари қабул қилинган. Суръатдаги белги бирламчи чўлғамга, маҳраждаги белги эса иккиламчи чўлғамга тегишли бўлади. Агар чўлғам чиқарилган нолинчи нуқтага эга бўлса белгилашларда Y- каби кўрсатилади. Параллел ишлашга уланиш учун трансформаторлар 0 дан 11 гача бўлган гурухларга бирлаштирилади, уларни Y/Y–0 (12), Y/∆-11 (3 ёки 7) тарзда белгиланади. Уч фазали трансформаторнинг гуруҳи бирламчи ва иккиламчи чўлғамлар уланиш схемаларига, уларнинг ўралиш йўналишларига ва учларининг белгиланишига боғлиқ бўлади. Бирламчи ва иккиламчи чўлғамлар чизиқли ЭЮКлари векторлари орасида бирлиги 30^о га тенг бўлган бурчак силжиши бор. Бу силжиш ўралиш йўналишига ва чўлғамларнинг уланиш схемасига боғлиқ бўлади.. Хар бир стерженга бир фазанинг бирламчи ва иккиламчи чўлғамлари ўралади. Бирламчи чўлғамларни А-Х, В-У, С-Z, иккиламчи чўлғамларни эса а-х, в-у, с-z тарзда белгилаш қабул қилинган.

Бирламчи ва иккиламчи чўлғамлар юлдуз ёки учбурчак схемада уланилади. Юлдуз схемада уланишда хар бир фазанинг бошланиши уч фазали тармоқ манбаига ёки юкламага, охирлари (х,у,z) эса нолинчи ўтказгич чиқариладиган умумий нуқтага уланади (1.31–расм).

1.31–расм. Y/Y уланишда трансформатор гуруҳини аниқлаш чизмаси

Учбурчак схема уланишда биринчи фазанинг охири, иккинчи фазанинг бошланиши билан, иккинчи фазанинг охири учинчи фазанинг бошланиши билан, учинчи фазанинг охири эса биринчи фазанинг боши билан уланади (1.32–расм).

Бурчак силжишини аниқлаш учун соат милидан фойдаланилади, бунда хар бир сон бошқасига нисбатан 30^ога сурилган. Агар трансформатор бўлса бунда бир хил номдаги бирламчи ва иккиламчи чўлғамлар стерженда жойлашади ва бир хил йўналишда ўралади, бирламчи ва иккиламчи чўлғамлар кучланишлари векторлари йўналиш бўйича мос тушади, яъни уларнинг сурилиши 0 га ёки 12 га тенг бўлади, у ҳолда Y/Y–0 гуруҳни оламиз. Агар иккиламчи чўлғамда фазалар ўрнини алмаштирсак, бир хил номдаги чизиқли кучланишлар векторлари орасида (А-Х, а-х) 120^о бурчакка сурилиш вужудга келади (соат мили 4 ни кўрсатади), яъни Y/Y–4 гуруҳдаги трансформаторни оламиз. Трансформаторнинг 3 фазали чўлғамлари Y/Y схемада уланганида исталган жуфт гуруҳни олиш мумкин. Трансформаторнинг чўлғамлари Y/∆, ∆/Y схемаларда уланганида эса исталган тоқ гуруҳларни, яъни 1, 3, …, 11 гуруҳларни олиш мумкин. Y/Y-0, Y/∆-11, Y/∆-11 гуруҳлар стандарт гуруҳлар ҳисобланади, А фаза сариқ, В фаза яшил ва С фаза қизил ранга бўялади.

1.32–расм. Иккиламчи чўлғам фазалари алмаштирилганда Y/Y уланишдаги трансформатор гуруҳини аниқлаш чизмаси

1.6. Фазалар сонини ўзгартирадиган трансформаторлар

Баъзи бир ҳолларда (МТ схемаларида, кабель магистралларида, тўғрилагичларда ва бошқаларда ) уч фазали ўзгарувчан ток тармоғини бошқа сонли фазалар тармоққа ўзгартириш керак бўлади.

Уч фазали тармоқни олти фазали симметрик тармоққа ўзгартирувчи трансформаторни кўриб чиқамиз (1.33–расм). Бунинг учун оддий уч фазали трансформаторда иккита иккиталик (а, в, с ва а’, b', c',) ўрамли, лекин ўралиш йўналишлари қарама-қарши бўлган чўлғамлар қилинади.

1.33– расм. Уч фазали тармоқни олти фазали тармоққа айлантирувчи схема

Барча чўлғамлар “Y” схемада уланади. Иккиламчи а, в, с чўлғамларда бирламчи чўлғамлар ЭЮКлари фазасига мос тушадиган, а', b', c' чўлғамларда эса бирламчи чўлғамлар ЭЮКлари фазасига қарама–қарши бўлган ЭЮКлар индкцияланади. Агар иккиламчи чўлғамлар нолинчи нуқталарини бирлаштирсак иккиламчи занжирда симметрик фазали схема ҳосил бўлади.

1.7. Скотт схемаси

Уч фазали ток тармоғини икки фазали ток тармоғига ўзгартириш учун иккита Т_р1 ва Т_р11 бир фазали трансформаторлардан фойдаланилади. А, В, С, учлар U_чиз чизиқли кучланишли уч фазали тармоққа уланади (1.34–расм). Т_р1 трансформаторнинг бирламчи А-В чўлғами W₁ ўрамлар сонига ва U_чиз=U_AB тўлиқ чизиқли кучланиш таъсирида бўлади, шундай қилиб, бу чўлғамнинг ҳар бир ўрамига U_чиз/W₁ кучланиш тўғри келади. Т_р11 трансформаторнинг бирламчи С-D чўлғами D учи орқали А-В чўлғам ўрта нуқтасига уланган бўлиб 0,707×W₁ ўрамлар сонига эга ва U_CD=U_чиз×sin60^o=0,707×U₂² кучланиш таъсири остида бўлади, у ҳолда бу чўлғамнинг хар бир ўрамига 0,707×U_чиз/0,707×W₁=U_чиз/W₁, яъни Т_р1 трансформатордаги каби кучланиш тўғри келади.

1.34–расм. Скотт схемаси

Демак, ҳар иккала трансформаторларнинг иккиламчи чўлғамлари қиймати бўйича U_AB=U_CD=(W₂/W₁)×U_чиз га тенг ва фаза бўйича 90^ога сурилган. Диаграммадаги ab ва сd кесмалар орқали симметрик икки фазали занжирни ташкил қиладиган иккиламчи чўлғамлар келтирилган кучланишлари U’_AB, U’_CD кўрсатилган (1.35–расм).

1.35–расм. Бир фазали токни икки фазали токка ўзгартириш схемаси

Бир фазали схемани икки фазали схемага 180^ога фаза суриш орқали ўзгартириш мумкин. Бунинг учун бир фазали трансформатор иккиламчи чўлғамдан ўрта нуқта чиқарилади. Шундай қилиб, ўрамлар сони W’₂, W₂’’(W₂’=W₂’’) бир хил бўлган иккита ярим чўлғамлар, яъни қарама қарши фазадаги бир хил икки фазали кучланишлар олинади.

1.8. Трансформаторларнинг параллел уланиши

Трансформаторлар параллел уланганида уларнинг бирламчи ва иккиламчи чўлғамлари умумий шиналарга алоҳида–алоҳида уланади (1.36–расм).

Параллел ишлашга исталган сондаги трансформаторлар уланиши мумкин, лекин бунда қатор шартлар бажарилиши керак бўлади:

─ трансформаторлар бирламчи ва иккиламчи чўлғамлари номинал кучланишлари тенг бўлишилиши;

─ трансформаторлар бир гуруҳга тегишли бўлиши;

─ қисқа туташув кучланишлари, уларнинг актив ва реактив ташкил этувчилари тенг бўлиши.

1.36–расм. Трансформаторларнинг параллел уланиши чизмаси

Биринчи шарт параллел ишлаётган трансформаторнинг трансформациялаш коэффициентлари тенглигини билдиради, бунда иккиламчи чўлғамларда индукцияланадиган ЭЮКлар тенг ва қарама-қарши йўналида, уларнинг геометрик йиғиндиси нолга тенг бўлиши учун битта шинага трансформатор чўлғамларининг бир хил номлардаги чиқишлари (а₁ билан а₂ ва ҳ. к.) уланиши керак бўлади, у ҳолда трансформаторлар орасида ҳеч қандай ток вужудга келмайди. Агар бу шарт бажарилмаса, яъни n₁=n₂ ва Е₂₁=Е₂₂ бўлса, трансформаторлар орасида I_T тенгловчи токни вужудга келтирадиган Е₂ ташкил этувчи пайдо бўлади. Қисқа туташув қаршиликлари кичик бўлганлиги учун I_T жуда катта бўлиши мумкин.

Иккинчи шарт трансформаторлар бирламчи чўлғамлари умумий ток манбаи тармоғига уланишини билдиради. Шунинг учун чўлғамларнинг уланиш гуруҳларидан чизиқли ЭЮКлар векторлари фаза бўйича мос тушади. Агар параллел уланадиган трансформаторлар гуруҳлари бир хил бўлса, иккиламчи чўлғамлар чизиқли ЭЮКлари векторлари мос тушади ва тенгловчи токлар йўқ бўлади. Агар трансформаторлар гуруҳлари бир хил бўлмаса, бу векторлар фаза бўйича мос тушмайди ва уларнинг геометрик йиғиндиси нолга тенг бўлмайди, натижада катта тенгловчи токлар вужудга келади.

Учинчи шарт қисқа туташув кучланиши, унинг актив ва реактив ташкил этувчилари параллел ишлашда ҳар бир трансформатор юкламасини аниқлашини билдиради. Агар бу кучланишлар тенг бўлмаса, юклама трансформаторлар орасида нотекис тақсимланади, кичик қисқа туташув кучланишли трансформаторда юклама кўпроқ бўлади.

1.9. Электр машиналар

Электр машиналар механик энергияни электр энергиясига ёки электр энергияни механик энергиясига ўзгартиришга мўлжалланган. Механик энергияни электр энергияга ўзгартирадиган машина генератор, электр энергияни механик энергияга ўзгартирадиган машина эса двигатель дейилади. Ҳар қандай электр машинаси ҳам генератор, ҳам двигатель режимида ишлаши мумкин. Ток тури занжирида ишлашига қараб электр машиналар ўзгарувчан ва ўзгармас ток машиналарига бўлинади. Ўзгарувчан ток машиналари асинхрон ва синхрон машиналарга бўлинади ва бир фазали ёки уч фазали бўлиши мумкин. Амалда синхрон машиналар генератор, асинхрон машиналар эса двигатель режимида ишлатилади.

Барча электр машиналарнинг ишлаш принципи электродинамика қонунларига, яъни электромагнит индукция ва электромагнит кучлар қонунларига асосланган. Агар доимий магнит ёки электромагнит майдони (N-S) қутблари орасига жойлаштирилган рамка n тезлик (соат мили йўналишида) билан айлантирилса (ташқи айлантириш манбаи ёрдамида), у ҳолда электромагнит индукция қонунига биноан рамканинг актив a-b и c-d ўтказгичларида (магнит оқими линияларига перпендикуляр ҳаракатланадиган) йўналиши ўнг қўл қоидаси билан аниқланадиган ЭЮК индукцияланади (1.37-расм).

1.37−расм. Энг оддий электр машинасининг ишлаш принципи

Бу ўтказгичлар магнит оқимга нисбатан қарама-қарши йўналишларда бир вақтда ҳаракатлангани учун ундаги ЭЮК ҳам қарама-қарши йўналишда бўлади. Электромагнит индукция қонунига биноан икки ўказгичлар ЭЮКлари йиғиндисига тенг бўлган рамканинг ЭЮКи е=−dФ/dt шартдан аниқланади, чунки Ф=BS, ва В=const. У ҳолда e=−Bds/dt, яъни магнит оқимининг йўналишига перпендикуляр бўлган рамка майдони ўзгарса ЭЮК ўзгарувчан синусоидал бўлади. Агар рамканинг учларини ташқи юклама орқали туташтирсак, у ҳолда ЭЮК таъсирида берк занжирдан i ток оқиб ўтади. Шундай қилиб рамкани айлантиришга сарф бўлган механик энергия ташқи истеъмолчига узатиладиган электр энергиясига айланади.

Агар магнит майдонига (N-S) киритилган ана шу рамкага i ток берилса, у ҳолда i ток ва Ф магнит оқимининг ўзаро таъсирлашиши натижасида электромагнит момент М_эт~iФ вужудга келади ва рамкани айлантира бошлайди. Демак, электр энергия механик энергияга айланади, яъни машина двигатель режимида ишлайди. Рамканинг магнит майдонда бир марта тўлиқ айланишида ЭЮК синусоидал равишда бир даврни босиб ўтади. Бу синусоидал ЭЮКнинг частотаси рамканинг бир марта тўлиқ айланишида қутблар сонига боғлиқ. Электр машиналарда камида иккита қутбли бўлади (улар доимо жуфт сонли бўлади), яъни уларни жуфтлар (жуфт қутблар) деб ҳисобланади ва р-жуфт қутбли деб белгилаш қабул қилинган. Бизнинг ҳолда p=1, лекин машиналарда кўп жуфт қутблар бўлиши мумкин, у ҳолда рамка бир марта тўлиқ айланганда унда синусоидал ЭЮК нинг бир неча даврлари вужудга келади. ЭЮК нинг частотаси f~р , лекин рамканинг айланиш тезлиги 1 айл/мин эмас, балки n айл/мин га тенг, у ҳолда машинада индукцияланган ЭЮКнинг частотаси бўлади. Яъни ҳар қандай электр машинада жуфт қутблар сони, айланиш тезлиги ва индукцияланган ЭЮК частотаси орасида узвий боғланиш мавжуд. Машиналарда бир ўрамли эмас, балки кўп ўрамли ғалтаклар ишлатилади.

Ҳар қандай электр машина қўзғалмас қисм – статор ва айланувчан қисм – ротордан иборат. Ротор статор ичида эркин айланиши учун улар орасида ҳаво тирқиши (миллиметр улушларидан бир неча миллиметрларгача) қўйилади.

Машиналар статори қалинлиги 0,35 ёки 0,5 ммли электротехник пўлат пластинкалардан (трансформаторлардаги каби) йиғилади. Пластинкалар машинанинг турига қараб электромагнит чўлғам жойлаштириладиган қутблари яққол кўриниб турадиган (ўзгармас ток машиналарда) ёки ҳалқа ички сирти бўйлаб жойлаштириладиган бир текисдаги ярим ёпиқ ариқчалари (ўзгарувчан ток машиналарда) тарзда штампланади ва чўяндан ёки пўлатдан қуйилган станинанинг ички томонига маҳкамланади. Станинаниг ён томонлари ротор вали ўтказиладиган қоплама билан қопланади.

Машиналар ротори ҳам электротехник пўлат пластинкалардан йиғилиб, унинг ташқи томонига чўлғамлар жойлаштириладиган ариқчалар ўйилади. Роторлар тузилишини турли турдаги машиналарни ўрганиш жараёнида кўриб чиқамиз. Машиналар чўлғамлари мис ёки алюминий симлардан тайёрланади ва машина турига қараб роторга ёки статорга маълум тарзда жойлаштирилади.

1.9.1. Асинхрон машиналар

Барча машиналар каби асинхрон машина ҳам генератор, ҳам двигатель режимларида ишлаши мумкин. Лекин у генератор сифатида қатор сезиларли камчиликларга эга ва деярли двигатель сифатида ишлатилади. Асинхрон двигателлар бир фазали, икки фазали ва уч фазали бўлади. Машинанинг статори ярим ёпиқ ариқчалар ўйилган электротехник пўлат пластиналардан йиғилади. Бу ариқчаларга чўлғам жойлаштирилади. Дастлаб синхрон двигательни кўриб чиқамиз. Уларда статор чўлғамлари ўзаро 120⁰ га сурилган мос равишда уланган учта чўлғамдан иборат ва уч фазали тизимни ташкил қилади. Станинанинг клеммалар қутичасига 6 та ҳар бир фазанинг боши ва учлари чиқарилади, яъни чўлғамларни ҳам юлдуз, ҳам учбурчак шаклида улаш мумкин. Асинхрон машиналарнинг роторлари фаза чўлғами ва қисқа туташтирилган бўлиши мумкин.

Қисқа туташтирилган ротор тўлиқ ёпиқ ариқчали пўлат мислардан йиғилади, уларга учлари металл ҳалқачаларга маҳкамланган стерженлар жойлаштирилади. Стерженлар кўпинча алюминийдан тайёрланади ва босим остида ротор ариқчаларига қуйилади. Бундай роторларнинг занжирга чиқишлари бўлмайди. Қисқа туташтирилган роторли двигателлар фаза чўлғамли роторли двигателлардан кўра арзон, содда ва ишлатишда ишончли, лекин уларнинг ростлаш тафсифлари ёмон. Фаза чўлғамли роторнинг чўлғамлари статорники каби уч фазали бўлиб, уларнинг охирлари юлдуз схемада уланади, учлари эса ротор валидан ва бир-бирларидан изоляцияланган ҳолда ротор валига маҳкамланган контакт ҳалқачаларига уланади. Станинага кўмир ёки мис чўткалар маҳкамланган бўлиб, вал айланганида улар ҳалқачалар билан сирпанма контакт ҳосил қилади. Чўткалар ёрдамида ротор чўлғамлари қичқа туташтирилиши ёки ташқи қаршиликка уланиши мумкин. Фаза чўлғамли роторлар қисқа туташтирилган роторлардан кам ва фақат юқори қувватли асинхрон двигателларда ишлатилади.

Асинхрон двигателнинг ишлаш принципи

Статорнинг уч фазали чўлғамини уч фазали ток бериладиган фазода ўзаро 120°га сурилган учта ғалтаклар кўринишида тасаввур қиламиз (1.38−расм).

Ток йўналишини рамканинг бошидан охирига мусбат, рамканинг охиридан бошига эса манфий деб қабул қиламиз. Т1 вақт моментида А-Х рамкада ток йўқ, В-У ва C-Z рамкаларда эса ток бор. Бу рамкалар кўрсатиган йўналишдаги магнит оқимини ҳосил қилади (Парма қоидасиги биноан).

Шундай қилиб, таъминот кучланишининг ярим даврида статор майдони 180° га бурилади, яъни 360° да тўлиқ айланиб чиқади. Агар статорнинг уч фазали чўлғамига уч фазали ток берилса, унда n=60 айл/мин. тезликда айланадиган ¦₁/p магнит майдони ҳосил бўлади (1.39−расм), бу ерда ¦₁−частота (чунки ¦₁ ва р−const , у ҳолда n−const).

U

t

а) б)

1.38−расм. Фазаларнинг силжиш диаграммаси а) ва А, В, С чўлғамларнинг айланиш схемаси б)

Бу майдон ротор чўлғамларини кесиб ўтиб, унда Е₂ ЭЮКни ҳосил қилади:

Е₂=4,44צ×I×к_Ч×W₂×Ф (1.50)

бу ерда К₂–ротор чўлғамининг жойлаштириш усулига боғлиқ бўлган чўлғам коффициенти; W₂–ротор чўлғамининг ўрамлари сони.

1.39 – расм. Вақтнинг Т1-Т4 моментлари учун А, В, С чўлғамларнинг айланиш схемалари

Ротор чўлғамлари қисқа туташтирилган бўлганлиги учун ундан I₂ ток оқиб ўтади. Бу ток айланувчан магнит майдони билан ўзаро таъсирлашиб роторни айланувчан магнит йўналишида айланишга тортадиган F_ψ кучни ҳосил қилади. Ўз навбатида F_ψ куч роторни айланишига мажбурлайдиган М_айл айлантирувчи моментни ҳосил қилади. Унинг таъсирида ротор n₂ тезликда айлана бошлайди (ротор чўлғамлари кўп бўлганлиги учун двигателнинг айлантирувчи моменти барча чўлғамлар айлантирувчи моментлари йиғиндисига тенг бўлади). Двигатель режимида n₁>n₂ , яъни ротор майдони статорнинг айланувчан магнит майдонидан орқада қолади. Агар n₁=n₂ бўлса, ротор статор майдонига нисбатан ҳаракатланмайди, демак унинг чўлғамларида ЭЮК ва токлар вужудга келмайди, яъни айлантирувчи момент бўлмайди ва роторнинг айланиши тўҳтайди. n₁ синхрон тезлик дейилади, асинхрон двигателларда роторнинг тезлиги ундан кичик бўлади. Статорнинг магнит майдони роторга нисбатан n_s=n₂–n₁ айл/минга тезроқ айланади. Асинхрон двигателларда роторнинг статор майдонидан орқада қолишини сирпаниш катталиги S=n_s/n₁ билан нисбий бирликларда ёки фоизларда характерлаш қабул қилинган:

(1.51)

Агар ротор тўхтаган S=1 ёки 100 % бўлса, ва двигатель синхрон тезликка етса S=0, яъни двигатель режимида S 0 дан 1 гача ўзгаради.

Агар ташқи айлантириш манбаи орқали ротор статор магнит майдони йўналишига қарама-қарши йўналишда айлантирилса, у ҳолда

(1.52)

Бу режим электромагнит тормоз режими дейилади.

Агар роторни статор магнит майдони йўналишида n₂>n₁ тезликка билан айлантирилса,

(1.53)

Бу режим генератор режими дейилади, лекин асинхрон двигатель одатда бу режимда ишламайди.

Двигателнинг иш жараёнида чўлғамларидаги ЭЮК ва ток частотаси қуйидагига тенг бўлади:

(1.54)

ЭЮК эса қуйидагига тенг бўлади:

(1.55)

Ротор чўлғамининг Z₂ қаршилиги актив ва индуктив ташкил этувчиларга эга. Индуктив ташкил этувчи частотага боғлиқ, у ҳолда ротор чўлғамининг қаршилиги қуйидагига тенг бўлади:

(1.56)

У ҳолда асинхрон двигатель иш жараёнидаги ротор занжиридаги ток қуйидагига тенг бўлади:

(1.57)

Двигателнинг айлантирувчи моменти магнит оқимига, ротор токига боғлиқ ва қуйидагича аниқланади:

М_АЙЛ = С× Ф_m ×I_2s ×cosY_2s, (1.58)

бу ерда, Y_2s−ротордаги I_2S ток ва E_2S ЭЮК орасидаги бурчак, ротор чўлғамларининг қаршилиги S катталикка боғлиқ бўлганлиги учун Y_2s ҳам S катталикка боғлиқ бўлади; Ф_m–статорнинг магнит оқими; С–фазалар сонини, жуфт қутблар сонини, чўлғам ўрамлари ва унинг конструктив тузилишини ҳисобга оладиган конструктив коэффициент.

Шундай қилиб, М_айл айлантирувчи момент S сирпанишга боғлиқ бўлган мураккаб функциядир. Асинхрон двигатель учун М_айл=f(S) боғлиқликни билиш муҳимдир (1.43-расм).

0 1 S

двигател тўхташ

1.40-расм. Айлантирувчи моментнинг сирпанишга боғлиқлиги чизмаси

Асинхрон двигатель М_айл айлантирувчи момент юкламанинг М_т тормозловчи моментига тенг бўлганида ўзгармас тезликда барқарор ишлайди.

Юклама қанчалик катта бўлса, n₂ шунчалик кичик ва М_айл шунчалик катта бўлади. Асинхрон двигателнинг барқарор иш соҳаси 0...S_max оралиқ ҳисобланади. Номинал юкламада S=0,03...0,05, яъни 3-5%, юклама ортиши билан S ортади, салт ишлашда эса нолга яқин бўлади. S_max...1 оралиқ двигателнинг барқарор иш соҳаси, яъни М_айл моментнинг жуда кичик камайишида сирпаниш кескин ортади ва двигатель тўхтайди.

Асинхрон двигателнинг иш тафсифлари

Асинхрон двигателнинг иш тафсифлари роторнинг айланишлар сони n₂ ни, айлантирувчи моменти М_айл ни, истеъмол токи I₁ ни, қувват коэффициенти cos ни ва фойдали иш коэффициенти ни машина валидаги фойдали қувват Р₂ га боғлиқлигидан иборат (1.41−расм). n₂=f(P₂) боғлиқлик қуйидагича характерланади: салт ишлашда (Р₂=0) n₂~n₁, юклама тўлиқ ортса, n₂ нинг қиймати 2…6% га камаяди.

Шунинг учун М_айл айлантирувчи момент двигатель юкламасига деярли пропорционал бўлади. Лекин, n₂ тўлиқ катта юкламаларда камайганлиги сабабли, М_айл эгри чизиқли бир оз юқорига кўтарилади. n₂ кам ўзгарганлиги учун S сирпаниш ҳам 2...6% га ортади. I₁ ток салт ишлашда катта реактив ташкил этувчига (оқимни ҳосил қилиш учун) ва жуда кичик актив ташкил этувчига эга бўлади. Юкламанинг ортиши билан актив ташкил этувчи ортади, реактив ташкил этувчи эса деярли ўзгармайди. Шунинг учун кичик юкламаларда актив ташкил этувчи кучсиз ортади, I₁ ток кам ўзгаради, катта юкламаларда эса I₁ ва I₂ токлар актив ташкил этувчилари кескин ортади ва I₁ токнинг ўзгариши катта бўлади.

I₁ M_вр

n₂

S

1.41−расм. Асинхрон двигателнинг иш тафсифлари чизмаси

(М₀ – механик йўқотишлар моменти)

cos қувват коэффициенти U₁ кучланиш ва I₁ ток орасидаги бурчакни характерлайди. Салт ишлашда I₁ токнинг реактив ташкил этувчиси катта бўлади, шунинг учун бурчак катта, cos га эса кичик (0,2 атрофида) бўлади. Юкламанинг ортиши билан токнинг актив ташкил этувчиси ортади ва бурчак камаяди, яъни cos ортади, номинал юкламада у каттароқ қийматларга (0,75–0,85) эришади.

Жуда катта юкламаларда эса Ф оқимни орттиришга тўғри келади, шунинг учун яна I₁ токнинг реактив ташкил этувчиси ортади, яъни бир қанча ортади, cos эса бир оз камаяди. Трансформатордаги каби ФИК ўзгаради, яъни салт ишлашда =0, юклама ортганда эса ўзининг қандайдир максимал қийматигача (ўзгармас ва ўзгармас исрофларда тенг бўлганда) ортади, кейин эса камая бошлайди.

1.9.2. Синхрон машиналар

Синхрон машиналар ҳам двигатель, ҳам генератор режимларида ишлаши мумкин. Бу машиналарнинг афзалликлари шундаки уларда барча жараёнлар синхрон (n₁=n₂) тезликларда бўлиб ўтади, яъни роторнинг айланишлар сони статор магнит майдони айланишлар сонига тенг, яъни двигатель учун n₁=n₂=60צ/p боғлиқлик бажарилади (¦−таъминот тармоғи частотаси), ташқи айлантириш манбаи орқали айлантириладиган генератор учун чиқиш катталиги эса ишлаб чиқариладиган ЭЮКнинг ¦=p×n/60 (n−роторнинг айланиш тезлиги) частотаси хизмат қилади..

Шундан келиб чиқиб, бундай машиналар синхрон машиналар дейилади. Ҳозирги вақтдаги деярли барча энергия синхрон генераторлардан олинади. Синхрон генераторни айлантирувчи бирламчи двигателнинг турига қараб бир неча турларга бўлинади:

− гидроэлектростанцияларда; бу ерда бирламчи двигатель гидротурбина ҳисобланади, қутблари кўп сонли яққол кўринадиган, кичик тезликли гидрогенераторлар ишлатилади;

− иссиқлик электр станцияларида; бу ерда бирламчи двигатель буғ турбинаси ҳисобланади, қутблари кам сонли ва яққол кўринмайдиган катта тезликли гидрогенераторлар ишлатилади;

− кичик электр станцияларида; масалан алоқа корхоналарининг ўз электр станцияларида; бу ерда бирламчи двигатель дизель ҳисобланади, қутблари кўп сонли ва яққол кўринадиган, катта ва кичик тезликли дизель генераторлари ишлатилади;

Уч фазали синхрон генераторларнинг тузилиши ва ишлаш принципи

Синхрон генератор барча электр машиналар каби статор ва ротордан иборат. Синхрон генераторларнинг бир неча турлари мавжуд. Улардан биринчисида яққол кўринадиган қутблари статорда, уч фазали чўлғамлари эса ротор ариқчаларига жойлаштирилади. У ҳолда статор электротехник пўлат пластиналардан йиғилади, қутбларга эса қўзғатиш чўлғами ўралади, у ўзгармас токдан таъминланади ва машинада доимий магнит оқимини ҳосил қилади (1.42−расм).

1.42−расм. Синхрон генераторнинг ишлаш принципи

Ротор фаза роторли асинхрон машиналардаги каби ясалади, яъни унда ариқчалар ўйилади ва унга ўзаро 120⁰ га сурилган ва кўпинча юлдуз схемада уланадиган учта ғалтакдан иборат уч фазали чўлғам жойлаштирилади. Чўлғамлар охирлари умумий нуқтага, бошлари эса ротор валига маҳкамланган ва бир-бирларидан изоляцияланган учта ҳалқачаларга уланади. Ҳар бир ҳалқача статорга маҳкамланган қўзғалмас чўтка билан сирпанма контакт ҳосил қилади. Бу чўткалар орқали ротор чўлғамларидан юкламага ЭЮК узатилади (1.43−расм).

1.43−расм.Синхрон генераторнинг кучланиш диаграммалари

Электр машиналарда ЭЮК индукцияланадиган қисм якорь дейилади. Бу ҳолда якорь ротор ҳисобланади.

Генераторнинг ишлаш принципи қуйидагича. Доимий магнит (ёки қўзғатиш чўлғами ҳосил қиладиган электромагнит) қутблари орасига уч фазали ғалтаклар тизими жойлаштирилади ва ташқи айлантириш манбаи ёрдамида айлантирилади. Ғалтаклар доимий магнит майдонида ҳаракатланганида уларда фазаси 2/3 га, яъни даврнинг 1/3 қисмига сурилган ЭЮК вужудга келади. Бу ЭЮК нинг частотаси ¦=p×n/60, бу ерда n=const бўлганида, частота ҳам f=const бўлади. Саноат частотасини f=50 Гц олиш учун n=3000 айл/мин. тезликни ушлаб туриш керак бўлади.

Агар машинани р=1 жуфт қутбли қилиб ясалса, n=3000 айл/мин. тезликни, агар машинани р>1 жуфт қутбли қилиб ясалса, n<3000 айл/мин. тезликни таъминлаши керак бўлади. Бундай тузилишдаги машинани фақат кичик қувватларда (15 кВт гача) ва кичик кучланишларда (380/220 В) ишлаб чиқариш мумкин, чунки юқори кучланишларни ва токларни ҳаракатланадиган контактлардан олиш қийин.

Қўзғалмас доимий магнит майдонида уч фазали чўлғамни айлантириш ёки бу майдонни қўзғалмас уч фазали чўлғамга нисбатан айлантириш принципиал фарқ қилмайди. Шунинг учун синхрон машинанинг иккинчи тузилиши мавжуд бўлиб, бунда уч фазали якорь чўлғами статор ариқчаларига жойлаштирилади, яъни статор асинхрон машинадаги каби бўлади, ротор эса қутблари яққол кўринадиган бўлади ва унинг қутбларига ташқи ўзгармас ток манбаидан таъминланадиган қўзғатиш чўлғами ўралади (1.44–расм).

1.44–расм. Синхрон генератор роторининг чизмаси

Роторнинг валига чўткалар орқали ташқи таъминот манбаларидан ўзгармас ток бериладиган иккита изоляцияланган ҳалқалар маҳкамланади. Ротор айланади ва мос равишда статорнинг магнит майдони ҳаракатланади. Магнит майдони уч фазали чўлғамларга нисбатан n тезликда айланади ва f=p×n/60 частотали ЭЮК индукцияланади. Энди эса юқори кучланишлар ва токлар қўзғалмас чўлғамлардан олинади. Одатда бундай роторлар p>3 жуфт қутбли қилиб ясалади, машинанинг тезлигини унча катта бўлмаган (n=1000 айл/мин.) тезликли қилиш мумкин. Агар юқори тезликни таъминлаш керак бўлса (яъни p<3 жуфт қутблар сонини), у ҳолда роторнинг механик пухталигини ошириш учун ротор қутблари яққол кўринмайдиган тарзда ишлаб чиқарилади. У цилиндр шаклида бўлиб, сиртига ариқчалар ўйилади. Бу ариқчаларга ўзгармас токни ўтказадиган ва айланувчан доимий магнит майдони ҳосил қиладиган қўзғатиш чўлғами жойлаштирилади. Одатда қутблари яққол кўринмайдиган роторлар p=1 жуфт қутбли, яъни юқори тезликли тарзда ишлаб чиқарилади. Ҳар қандай тузилишдаги синхрон машиналарнинг ишлаш принциплари бир хил.

Синхрон генераторнинг иш тафсифлари

Синхрон генераторларнинг асосий тафсифлари қуйидагилар ҳисобланади:

1) салт ишлаш тафсифи E=f(I_қ), I_ю=const бўлганида;

2) юклама тафсифи U=f(I_қ), I_ю=const бўлганида;

3) ташқи тафсиф U=f(I_ю), I_қ=const бўлганида;

4) ростлаш тафсифи I_қ =f(I_ю), U_ю=const бўлганида.

Барча тафсифлар n=const бўлганида олинади. Агар синхрон генератор салт ишлаётган бўлса, яъни юклама уланмаган бўлса, у ҳолда қўзғатиш чўлғами Ф_қ магнит оқимини вужудга келтирадиган F_қ=I _қ×W_қ (W_қ–қўзғатиш чўлғами ўрамлари сони) магнитловчи кучни ҳосил қилади. Ротор айланганида бу оқим статорнинг уч фазали чўлғамларини кесиб ўтади ва уларда магнит оқимидан p/2 бурчакка орқада қоладиган ЭЮКни индукциялайди. Бу ЭЮКнинг таъсир этувчи қиймати трансформатордаги каби E₀=4,44×f×k_r×W×Ф_m бўлади (W–биринчи фаза ўрамлари сони, k_r–уч фазали чўлғамнинг чўлғам коэффициенти). Е₀ ЭЮК Ф_m магнит оқимга тўғри пропорционал бўлганлиги учун қўзғатиш токига ҳам боғлиқ бўлади.

Салт ишлаш тафсифи машина магнит занжирининг магнитланиш эгри чизиғи шаклини такрорлайди. У 0 дан эмас, машинадаги қолдиқ магнит оқими туфайли Е₀=Е_қол қийматдан бошланади (1.45-расм). Е₀=f(I_қ) тафсиф эгри чизиқли характерга эга бўлади.

1.45–расм. Синхрон генераторнинг салт ишлаш тафсифи

Бошқа тафсифларни аниқлаш учун якор реакцияси нима эканлигини тушуниб олиш зарур. Генераторга юклама уланганида якорь чўлғамидан ток оқиб ўтади. Агар юклама симметрик бўлса, у ҳолда фазалардаги ток ўзаро даврнинг 1/3 қисмига сурилган бўлади. Бу токлар n=60×f/p тезликда айланувчан ўзгарувчан магнит майдони ҳосил қилади (яъни ротор айланаётган тезликдаги). Шундай қилиб, доимий ва ўзгарувчан майдонлар бир хил синхрон тезликларда айланади, яъни улар қатъий боғланган бўлади. Бунда айланаётган якорь майдони магнит куч чизиқларининг катта қисми машинанинг магнит занжири бўйича, яъни Ф_я якорь оқимини вужудга келтирган ҳолда статор ва ротор бўйича туташади. Майдоннинг магнит куч чизиқлари кам бўлган қисми эса Ф_ся тарқалиш оқимини вужудга келтирган ҳолда якорь чўлғамлари атрофида туташади. Бу оқимнинг мавжудлиги якорь чўлғамининг индуктив қаршилиги орқали асосланади. Якорнинг Ф_я оқими машинанинг магнит занжири бўйича туташиб, қутблар магнит оқимга таъсир қилади ва унинг катталигини ҳамда бўшлиқда тарқалишини ўзгартиради.Якорь майдонининг қутблар майдонига бундай таъсири якорь реакцияси дейилади. Якорь реакцияси туфайли юклама улангандаги магнит оқими салт ишлашдаги магнит оқимга тенг бўлмайди, бу эса ЭЮКка ва якорь қисқичларидаги кучланишга таъсир қилади. Якорь майдонининг қутблар майдонига таъсири генератор юкламаси характерига боғлиқ, чунки Ф₁ якорь реакцияси магнит оқими йўналиши юклама характерига боғлиқ равишда ўзгаради. Бу ҳолда машинанинг йиғинди ишчи оқими Ф_қ (қутблар) ва Ф₁ (якорь реакцияси) оқимлар вектор йиғиндисига тенг бўлади, яъни Ф_р=Ф_қ=Ф_я.

Актив юкламада Е₀ ЭЮК ва якорь чўлғамидаги I_я ток орасидаги бурчак 0 га тенг, Ф_қ ва Ф_я оқимлар векторлари эса ўзаро 90⁰ бурчак остида жойлашади, яъни машинанинг Ф_р йиғинди ишчи оқими салт ишлашдаги оқимдан кичик бўлади. Индуктив юкламада I_я ток Е₀ ЭЮКдан 90⁰ га орқада қолади, Ф_қ ва Ф_я оқимлар йўналишлари эса қарама-қарши бўлади, яъни улар орасидаги бурчак 180⁰ га тенг бўлади, ишчи оқим актив юкламадагига нисбатан янада камроқ бўлади. Сиғим юкламада I_я ток Е₀ ЭЮК ни 90⁰ га орқада қолдиради, Ф_қ ва Ф_я оқимлар эса бир томонга йўналади, яъни ишчи оқим бу оқимларнинг алгебраик йиғиндисига тенг бўлади ва актив юкламадагига нисбатан катта бўлади.

Генераторнинг юклама тафсифи U=f(I_қ) боғлиқлик бўлиб, юклама токи I_ю ва қувват коэффициенти cos ўзгармас бўлганда олинади (1.46–расм).

1.46–расм. Синхрон генераторнинг юклама тафсифи

Генератор юкламада ишлагандаги унинг чиқишларидаги кучланиш юклама токига боғлиқ бўлади. Бу тафсифларни турли юклама турларида кўриб чиқамиз. Актив юкламада =0, кучланиш эса салт ишлашдаги ЭЮКдан кичик бўлади, чунки ишчи оқим салт ишлашдаги ишчи оқимдан якорнинг кўндаланг реакцияси ҳисобига кичик бўлади, яъни бу тафсиф салт ишлаш тафсифидан пастроқдан ўтади. Индуктив юкламада >0, ишчи оқим янада камроқ бўлади, яъни тафсиф ҳам оқимнинг камайиши, ҳам якорь чўлғамидаги кучланишнинг пасайиши ҳисобига янада пастроқдан ўтади. Сиғим юкламада <0, ишчи оқим ортади, яъни кучланиш ортади ва якорь чўлғамларида кучланиш пасайишига қарамасдан тафсиф салт ишлаш тафсифидан юқорироқдан ўтиши мумкин.

Генераторнинг ташқи тафсифи U=f(I_ю) (I_қ=const ва cos=const бўлганида) олинади (1.47–расм). У ҳам юклама характерига боғлиқ бўлади. Якорь реакцияси оқимини якорь чўлғамидан оқиб ўтадиган юклама токи келтириб чиқаради ва шунинг учун бу ток қанча катта бўлса у шунча катта бўлади ва ишчи оқимга, яъни кучланиш қийматига шунча катта таъсир қилади. Актив юкламада φ=0, у машинанинг ишчи оқимини камайтиради, яъни юклама токининг ортиши билан чўлғамдаги кучланишнинг тушиши ва Ф_р магнит оқимининг камайиши ҳисобига чиқиш кучланиши камаяди. Индуктив юкламада φ>0, Ф_р магнит оқими янада камая боради, шунинг учун чиқиш кучланиши ҳам актив юкламадагидан кўпроқ камаяди. Сиғим юкламада φ<0, Ф_р магнит оқими ортиб боради, шунинг учун, яъни юклама токининг ортиши билан чиқиш кучланиши ортади, яъни тафсиф актив юкламадагидан юқорироқда жойлашади.

1.47–расм. Синхрон генераторнинг ташқи тафсифи

Генераторнинг ростлаш тафсифи I_қ=f(I_ю), U=const ва cos=const бўлганида олинади (1.48–расм).

1.48-расм. Синхрон генераторнинг ростлаш тафсифи

Генератор чиқишидаги кучланиш ҳам ўзгаришсиз бўлиши учун ишчи оқим ҳам ўзгармаслиги керак. Ф_р оқим Ф_m ва Ф_а оқимлар йиғиндисидан иборат. Ф_m оқим юкламага боғлиқ, у ҳолда юклама ва Ф_а оқим ўзгарганида Ф_р оқимни ўзгаришсиз сақлаш учун Ф_m оқимни ўзгартириш, яъни қўзғатиш токини ўзгартириш керак бўлади. Бу тафсифлар ҳам юклама характерига боғлиқ бўлади. Актив юкламада (φ=0) Ф_а оқим Ф_р оқимни камайтиради, шунинг учун Ф_р=const бўлиши учун Ф_m оқимни, яъни яъни қўзғатиш токини орттириш керак бўлади. Бунда ростлаш тафсифи юқоридан ўтади.

Индуктив юкламада (φ>0) Ф_а оқим Ф_р оқимни янада камайтиради, шунинг учун Ф_р=const бўлиши учун Ф_m оқимни янада орттириш керак бўлади, яъни ростлаш тафсифи янада юқоридан ўтади. Сиғим юкламада (φ<0) Ф_а оқим Ф_р оқимни орттиради, шунинг учун Ф_р=const бўлиши учун Ф_m оқимни, яъни машинанинг қўзғатиш токини камайтириш керак бўлади, демак ростлаш тафсифи актив юкламадагидан пастдан ўтади, яъни I_ю токнинг ортиши билан қўзғатиш токини камайтириш керак бўлади.

1.9.3. Ўзгармас ток машиналари

Ўзгармас ток машиналари алоқа корхоналарининг электр таъминоти
қурилмаларида заряд ва буфер энергия манбалари, ўзгармас
кучланиш электромагнит ўзгартиргичлари (радиоумформерлар) сифатида узлуксиз таъминот қурилмаларида кенг қўлланилади.

Энг оддий ўзгармас ток генератори доимий магнит ва унинг қутблари ораларига жойлаштирилган рамкадан иборат. Рамканинг боши ва охирининг учлари иккита 1 ва 2 ярим сегментларга бириктирилган (1.49–расм). Ярим ҳалқалар билан сирпанувчан элсктр контактта эга бўлган қўзғалмас А ва В чўткаларга генераторнинг юкламаси уланади. Рамка магнит майдон қутбларида орасида айланганида унинг актив ўтказгичларида электромагнит индукция қонунига мувофиқ ўзгарувчан ЭЮК вужудга келади.

1.49–расм. Энг оддий ўзгармас ток генератори чизмаси

Агар рамка текислиги айланишдан олдин горизонтал ҳолатда бўлса, у ҳолда ундаги ЭЮК ноль қийматдан ўзгара бошлайди (1.50–расм). Бу ЭЮК биринчи ярим айланишда (рамканинг ав томони шимолий қутб таъсири остида бўлиш вақти) максимал қийматгача ортади ва ўз йўналишини ўзгартирмаган ҳолда нольгача камаяди. Бинобарин, рамка занжири берк бўлганлиги учун бу ЭЮК таъсирида юкламадан ток оқиб ўтади.

1.50–расм. Энг оддий ўзгармас ток генераторининг вақт

диаграммалари

Иккинчи ярим айланишда рамканинг ав томони жанубий қутб таъсири остига, cd томони эса шимолий қутб таъсири остига киради. Бу йўналиш натижасида улардаги ЭЮК тескарисига ўзгаради. Лекин бу билан бирга ав томонга бириктирилган 1 ярим ҳалқа А чўтка остидан чиқиб В чў'тка остига киради, cd томонга бириктирилган 2 ярим ҳалқа эса В чўтка остидан чиқиб А чўтка остига киради. Шундай қилиб А ва В чўткалар вақтнинг исталган моментида мос равишда мос қутбда ЭЮК индукцияланган ўтказгич билан боғланади. Бунинг натижасида юкламада ток бир йўналишда оқиб ўтади ва иккинчи ярим даврда биринчи ярим айланишдаги ўзгариш такрорланади. Рамканинг бир марта тўлиқ айланишида токнинг ўзгариш қонуни 1.50–расмда кўрсатилган тартибда бўлади. Рамканинг кейинги айланишларида жараён такрорланади ва юклама орқали бир йўналишдаги пульсланувчи ток оқиб ўтади. Чўткалардаги кучланиш ток шаклини такрорлайди.

Генератор қисқичларидаги тўғриланган кучланиш айланувчан ярим ҳалқалар ва қўзғалмас чўткалар ёрдамида олинади. Бироқ, 1.50г–расмдан кўринадики, юкламадаги ток ва кучланиш тўғриланган ҳисоблансада катталиги жиҳатидан ўзгармас эмас.

Тўғриланган токнинг ўзгармас бўлишига биринчи яқинла-шишда магнит қутблари ораларига биринчисига нисбатан 90⁰ бурчак остида жойлаштирилган иккинчи ўхшаш рамка киритилади. Ҳар бир рамканинг боши ва учлари тўрт ярим ҳалқаларнинг бирига мустаҳкам бириктирилади (1.51–расм).

1.51–расм. Энг оддий ўзгармас ток генераторида рамкалар сониининг

оширилиши

Тўғриланган токнинг ўзгармас бўлишига биринчи яқинла-шишда магнит қутблари ораларига биринчисига нисбатан 90⁰ бурчак остида жойлаштирилган иккинчи ўхшаш рамка киритилади. Ҳар бир рамканинг боши ва учлари контакт ярим ҳалқаларнинг бирига мустаҳкам бириктирилади. А ва В чўткалар дастлабки ҳолатида қолади. Бир-биридан 90⁰ га сурилган рамкалар айланганда уларда синусоидал ЭЮК вужудга келади. Ҳар бир рамканинг бир марта айланишида 1-2 ва 3-4 ярим ҳалқалар жуфтлиги чўткалар билан икки марта ишқаланади. Бунинг натижасида юкламадаги кучланиш рамкалардаги ЭЮКлардан ташкил топади (1.52–расм). Рамкалардаги ЭЮК тўғриланадиган 1, 2, 3 ва 4 ярим ҳалқалар коллектор дейилади. 1.52–расмдан кўринадики, олинган ток ва кучланиш катталиги жиҳатидан сезиларли кичик тебранишга эга. Агар мана шу принцип буйича қутблар оралиғидаги рамкалар сони кўпайтирилса, чўткалардаги кучланиш ва юкламадаги токни деярли ўзгармас олиш мумкин.

wt

1.52–расм. Энг оддий ўзгармас ток генераторида рамкалар сони оширилгандаги кучланиш ва ток диаграммалари

Энг оддий ўзгармас ток генератори катор мавжуд камчиликларга эга, ундаги магнит оқими кучсиз, ўтказгичнинг актив узунлиги кичик, бунинг натижасида генератор қисқичларидаги кучланиш катталиги жиҳатдан ва шаклан пулъсацияси талаб килинган даражада бўлмайди. Замонавий генераторлар конструкцияси бу камчиликларни тўғрилаш имконини беради (1.53–расм)

1.53–расм. Замонавий ўзгармас ток генераторининг тузилиши чизмаси

Замонавий генератор, қўзғалмас қисм-статина ва айланувчан қисм якордан иборат. Станина йирик машиналар учун пўлатдан, кичик машиналар учун чўяндан ясалади ва унга қутбларнинг ўзаклари ўрнатилади. Бош қутб станинанинг ички сиртига ўрнатилган бўлиб, унга қўзғатиш чўлғамлари ўралган. Бош қутб машинанинг асосий магнит майдонини ҳосил қилади. Магнит майдонини текис таркалиши учун бош қутбга учлик ўрнатилган. Якорь цилиндрсимон ўзак бўлиб, ўққа ўрнатилади. Якорь қалинлиги 0,35 ёки 0,5 ммли электротехник пўлат пластиналар тўпламидан тайёрланади. Уюрма токларга бўладиган кувват исрофини камайтириш мақсадида пластиналар бир-бирларидан изоляция қилинади. Айланувчи якорнинг чўлғамларида ўзгарувчан ЭЮК ҳосил қилиниб, коллектор ва чўткалар ёрдамида генератордан ўзгармас ток олинади. Якорь чўлғами изоляцияланган мис симдан иборат бўлиб, у алоҳида-алоҳида секция қилиниб ясалгандан сўнг якорнинг ўзагидаги ариқчаларга жойлаштирлади. Чўлғам якорнинг ўзагидан яхшилаб изоляция қилинади ва махсус ёғоч поналар ёрдамида ариқчаларга маҳкамланади (1.54–расм). Чўлғамнинг учлари коллектор пластиналарига бириктирилади. Коллектор цилиндр шаклида бўлиб, мисдан ясалган алоҳида-алоҳида пластиналардан иборатдир. Корпусдаги тутқичга ўрнатилган чўткалар ёрдамида коллектордан ток олинади. Чўткалар кўмир, графит, мис ёки бронзадан ясалади.

Агар якорь чўлғами, чўткалар ва коллекторлар контактлари қаршиликларидан

иборат бўлган машинанииг ички каршилигини г_я орқали белгиласак, у ҳолда якордаги ток қуйидагича аникланади:

I_ю = Е+(г_я/R_ю) (1.60)

I_ю×R_ю=U, (U–юкланган генератор қисқичларидаги кучланиш) эканлигини ҳисобга олсак, генератор ЭЮКлари мувозанат тенгламасини

оламиз:

U=Е–I_ю×г_я (1.61)

Ўзгармас ток генераторларининг хусусиятлари уларнинг қўзғатиш схемасига қараб, яъни ток бош қутбнинг қўзғатиш чўлғамларига кандай берилишига караб турлича бўлади

Ўзгармас ток генераторлари магнит майдони қўзғатиш усулига қараб мустақил қўзғатишли ва ўз-ўзидан қўзғатишли бўлади.

Мустақил қўзғатишли генераторларнинг қўзғатиш чўлғамларига бериладиган ток ташқи манбадан (аккумулятор ёки бошқа генератор) олинади. Ўз- ўзидан қўзғатишли генераторларнинг қўзғатиш чўлғамларига бериладиган ток бевосита генераторнинг ўзидан-якоридан олинади. Ўз-ўзидан қўзғатишли генераторлар 3 хил бўлади:

а) параллел қўзғатишли ёки шунт қўзғатишли геператорлар;

б) кетма-кет қўзғатишли сериес генераторлар;

в) аралаш қўзғатишли ёки компаунд генераторлар.

Параллел қўзғатишли генераторларда қўзғатиш чўлғами якорь чўлғамига параллел уланади. Кетма-кет қўзғатишли генераторларда эса қўзғатиш чўлғами якорь чўлғамига кетма-кет уланади. Аралаш қўзғатишли генераторларнинг қўзғатиш чўлғами иккита бўлади. Бири якорь чўлғамига параллел, иккинчиси эса якорь чўлғамига кетма-кет уланади.

Мустақил қўзғатишли ўзгармас ток генераторларининг камчилиги қўшимча энергия манбаининг зарур бўлишидир.

Генераториипг тафсифлари унинг иш хусусиятларини аниқлайди ва кўп жиҳатдан қўзғатиш усулига боғлиқ. Салт ишлаш тафсифи юкламасиз (I_я 0) ва айланиш тезлиги ўзгармас (n=const) бўлганида якордаги ЭЮК ва қўзғатиш токининг ўзаро боғлиқлигидан иборат (Е=f(I_қ)). Мустақил қўзғатишли генераторлар салт ишлаганда якордаги ток нолга тенг. n=constда якорь чўлғамидаги ЭЮК (1.55-расмдаги 1 эгри чизиқ) магнит оқимига тўғри пропорционал, шунинг учун салт ишлаш тафсифи маълум жиҳатдан машина пўлатининг магнитланиш тафсифидир.

Машинанииг магнит занжири якорь чўлғамда ЭЮКни индукцияловчи қандайдир магнит оқимига эга бўлади (1.59–расм). Бу ЭЮК машина номинал кучланишининг (2... 5) % ини ташкил этади. Магнит оқими каби қўзғатиш чўлғами токининг ортиши билан якорь чўлғамида индукцияланган ЭЮК ҳам ортади (1–эгри чизиқ). Бу тафсифнинг кўтарилувчи тармоғи олингандан сўнг, қўзғатиш токи камайтирилса, ЭЮК камаяди, аммо камаювчи тармок (2–эгри чизиқ.) пўлатнинг магнитланиши ҳисобига 1–эгри чизиқдан юқорироққа жойлашади. Тафсифнинг кўтарилувчи ҳамда камаювчи тармоқлари деярли устма-уст тушмайди ва асосий тафсиф сифатида ўртача боғлиқлик (3–эгри чизиқ) қабул қилинади.

Нормал типдаги барча машиналар учун номинал кучланиш нуктаси
А магнит тафсифининг букилган жойига жойлашади. Магнит
тафсифнинг чизиқли қисмида номинал кучланиш нуқтасини танлаш
(А' нуқта) қўзғатиш токи сезиларсиз ўзгарганда генератор қисқичларидаги кучланишнинг кескин ўзгаришига олиб келади. Бу нуқтани тафсифнинг юқори қисмида жойлашишини танлаш (А" нуқта) генератор қисқичларидаги кучланишни ростлашда ЭЮКнинг ўзгариши учун қўзғатиш токини жуда катта ўзгариши талаб килинади.

1.55–расм. Мустақил қўзғатишли ўзгармас ток генераторининг салт

ишлаш тафсифлари

Генераторнинт ЭЮКи айланиш тезлиги n га пропорционал, демак n нинг ўзгариши ЭЮК нинг ўзгаришига олиб келади. n>n_ном да салт ншлаш тафсифи n_ном дагидан юкорида жойлашади (1.56-расмдаги 2-эгри чизиқ,), n<n_ном ишлаш тафсифи n_ном дагидан пастда жойлашади (3–эгри чизиқ,). Генераторнинг юкланиш тафсифи генератор чиқишидаги кучланишнинг

қўзғатиш токига боғлиқлигидан иборат, яъни U=f(I_қ), бунда I_Ю юклама токи ва n айланиш тезлиги ўзгармас бўлади. Юкланиш тафсифи, одатда, салт ишлаш тафсифи билан битта графикда чизилади (4–эгри чизиқ) ва бу якорь чўлғамидаги кучланишни юклама токига боғлиқ равишда пасайишни баҳолашга имкон беради.

1.56–расм. Мустақил қўзғатишли ўзгармас ток генераторининг турли айланиш тезликларидаги салт ишлаш тафсифлари

Ташқи тафсиф (1.57–расм) генератор қисқичларидаги кучланишни юклама токига боғлиқ.лигидан иборат, яъни U=f(I_Ю), бунда I_қ=const, n=n_HOM=const. Ташки тафсиф кучланишнинг камайишига (а эгри чизиқ) ва кучланишнинг ортишига (б эгри чизиқ) олинади.

1.57–расм. Мустақил қўзғатишли ўзгармас ток генераторининг ташқи тафсифлари.

Кучланишнинг ортишига олинадиган тафсифни (б эгри чизиқ) олиш учун шундай қўзғатиш токи ўрнатиладики, генератор номинал юклама токи I_ЯНОМ да унинг қисқичларидаги кучланиш U_H0M га тенг бўлсин. Юклама токи камайганда, ҳам якорь чўлғами қаршилигидаги кучланишни пасайиши, ҳам якорь реакцияси оқимининг магнитсизловчи таъсири камаяди ва бу генератор кучланишини DU_ю2 қийматга ортишига олиб келади. Машина пўлатининг тўйиниши ҳисобига кучланишнинг ортиши DU_h2, кучланишнинг камайиши DU_ю1 дан кичик бўлади (DU_ю2<DU_ю1). Бу шундан келиб чиқадики, машина пўлати тўйиниш даражаси қанчалик кичик бўлса, якорь оқимининг магнитсизловчи таъсири шунчалик кучли бўлади. Номинал юкламадан салт ишлашга ўтишдаги кучланишни фоиз ўзгариши қуйидаги формула орқали аниқланади:

DU_%=((U−U_ном)/U_ном)100% (1.62)

Ўртача қувватли замонавий машиналарда кучланишнинг ортиши номинал кучланишнинг 5...15% ини ташкил этади.

Ростлаш тафсифи (1.58–расм) кучланиш ва тезликнинг ўзгармас қийматларида юклама токининг қўзғатиш токига боғликлигидан иборат, яъни I_Ю=f(I_қ), бунда U=U_H0M, n=n_H0M.

Генератор салт ишлаганда номинал кучланишгача қўзғатилади (мос қўзғатиш токи I_қ қайд қилинади). Кейин кетма-кет юкланади ва қўзғатиш токи шундай орттириладики, генератор чиқишидаги кучланиш миқдор жиҳатдан U_HOM номинал кучланишга тенг ва ўзгармас қолсин.

1.58–расм. Мустақил қўзғатишли ўзгармас ток генераторининг ростлаш тафсифи

Ростлаш тафсифи юклама ўзгарган вақтда юкламадаги кучланишни ўзгармас сақлаш учун қўзғатиш токини кандай ўзгартириш кераклигини аниқлашга имкон беради.

Ўзгармас ток машиналарида магнит майдон доимий магнит ва электромагнит ёрдамида вужудга келтирилиши мумкин. Бу мақсад учун доимий магнитларнинг қўлланилиши маълум даражада чекланган. Машинанинг магнит майдонини вужудга келтиришда асосан электромагнит қўзгатиш кенг қўлланиладиган усулдир. Бунда магнит оқимини электромагнит қўзғатиш чўлғамидан оқиб ўтадиган ўзгармас ток вужудга келтиради.

Ўзгармас ток генераторлари магнит майдонининг қўзғатиш усулига
караб, мустақил қўзғатишли ва ўз-ўзидан қўзғатишли бўлади. Ўз-ўзидан қўзғатишли генераторларнинг қўзғатиш чўлғамларига бериладиган
ток бевосита ўз якоридан олинади. Ўз-ўзидан қўзғатишли генераторлар уч хил бўлади: а) параллел қўзғатишли ёки шунт қўзғатишли генераторлар; б) кетма-кет қўзғатишли ёки сириес генераторлар; в) аралаш қўзғатишли ёки компаунд генераторлар.

Параллел қўзғатишли генераторларда қўзғатиш чўлғами ростлаш
каршилиги орқали якорь чўлғамига параллел қилиб уланади (1.59а–расм.). Кетма-кет қўзғатишли генераторларда эса қўзғатиш чўлғами
якорь чўлғамига кетма-кет уланади (1.59б–расм). Аралаш қўзғатишли генераторларниг қўзғатиш чўлғами иккита бўлади. Улардан бири якорь чўлғамига параллел, иккинчиси эса ташқи якорь шохобчасига кетма-кет уланади (1.59в–расм). Агар бундай генераторнинг параллел чўлғамидан ўтувчи озгина ток ҳисобга олинмаса, кетма-кет қўзғатиш чўлғамини ҳам якорь чўлғамига кетма-кет уланган, деб ҳисобласа бўлади. I_қ қўзғатиш токини ростлаш учун қўзғатиш чўлғами занжирига R_Р резистор қўйилган.

1.59-расм. Қўзғатиш чўлғамининг уланиш схемалари: а) параллел,

б) кетма-кет, в) аралаш.

Параллел қўзғатишли генератор якоридаги кучланиш қуйидагига тенг бўлади:

U_Ю = E-I_aR_a = U, (1.63)

бу ерда I_aR_a якорь қаршилигидаги кучланишнинг пасайиши.

Якорь ҳам ташки электр шохобчасини, ҳам қўзғатиш чўлғами занжирини ток билан таъминлайди (1.60-расм). Генератор нормал ишлаганида унинг қўзғатиш чўлғамидан ўтадиган ток қуйидагига тенг бўлади:

I_қ=U_қ/(R_қ+R_P)-U_а/(R_қ+R_p ) (1.64)

бу ерда U_қ-қўзғатиш кучланиши (у якордаги кучланишга тенг); R_қ-қўзғатиш чўлғамининг қаршилиги; R_Р-ростлаш реостатининг қаршилиги.

Юклама бўлмаганида, яъни I_ю=0 бўлганида

I_я= I_қ (1.65)

бўлади.

Қўзғатиш токи якорнинг номинал токига нисбатан жуда оз бўлганлиги учун якорь кучланишининг пасайишини эътиборга олмаса ҳам бўлади, яъни U=Е=с×n×Ф бўлади, бунда Ф = I_K×w/ R_M.

1.60-расм. Ўз-ўзидан қўзғатишли ўзгармас ток генераторининг эквивалент схемаси

Якорнинг айланиш тезлиги ўзгармас бўлганида якордаги кучланиш қўзғатиш токигагина боғлиқ бўлади, яъни

U_Я=E=f(I_қ) (1.66)

(1.67) ифодага мувофиқ, қўзғатиш токини ҳосил қилиш учун якорда кучланиш бўлиши керак. (1.66) ифодага кўра якорда кучланиш ҳосил килиш учун эса қўзғатиш токи бўлиши керак.

Дастлаб якорь бирламчи двигатель ёрдамида айлантирила бошлаганда қўзғатиш токи ва қўзғатиш токини ҳосил қилувчи якорда ҳеч кандай кучланиш бўлмайди. Шундай бўлса, машинада кучланиш ва ток қандай ҳосил бўлади? Бундай генераторда ЭЮК пайдо бўлиши ўз-ўзидан қўзғатиш принципига асосланган.

Генератор ишлаши ёки ўз-ўзидан қўзғалиши учун унинг магнит системасида (қутблар ва станина) қолдиқ магнетизм Ф_км бўлиши шарт. Машинада бундай колдиқ магнетизм дастлаб заводнинг ўзида ташқи ток манбаи ёрдамида вужудга келтирилади. Қолдиқ магнетизм Ф_км якорь чўлғамларида бироз бўлса ҳам Е_км ЭЮКни индукциялайди (1.61-расм). Шу ЭЮК қўзғатиш чўлғамларида I_ҚМ токни ҳосил қилади:

I_қм=Е_қм/(R_я+R_қ+R_P)=Е_қм/(R_қ+R_p) (1.67)

Бунда якорнинг қаршилиги эътиборга олинмайди, чунки қўзғатиш чўлғамининг қаршилигига қараганда анча кичик бўлади. I_қм қўзғатиш токи магнит майдони ҳосил килади. Бу магнит майдони қолдиқ магнетизмнинг магнит майдони томон йўналган. Агар улар бир томонга йўналмаса, генератор ўз-ўзидан қўзғалмайди ва ишлай олмайди. Бунда генератор якорини тескари томонга айлантириш ёки қўзғатиш чўлғами занжиридаги ток йўналишини ўзгартиришга тўғри келади. Бунинг учун қўзғатиш чўлғами занжирининг якорь чўлғамига уланган учларини алмаштириш керак.

Қўзғатиш чўлғами токини ҳосил қилувчи магнит майдони қолдиқ магнетизмнинг магнит майдони томон йўналган бўлса, бутун магнит майдони ва индукцияланувчи ЭЮК оша боради. ЭЮК орта борган сари қўзғатиш токи ҳам кучая боради. Бу жараён қўзғатиш чўлғами занжиридаги кучланиш индукцияланувчи ЭЮК ни мувозанатлагунга қадар давом этади (1.61-расмдаги А нуқта). Аммо магнит тўйиниш туфайли кучланишнинг ўсиш жараёни чекланган бўлади.

Электр машиналарнинг хоссаларини уларнинг тафсифлари ёрдамида осон тушуниш мумкин. Бу тафсифлар машинага оид барча катталиклар ўзгармас бўлганда, фақат икки асосий параметр ўзгарганда улар орасидаги боғланишни ифода этувчи эгри чизиқдан иборат. Амалда генератор учун якорнинг айланишлар частотаси ўзгармас, якорь кучланиши, якорь токи ва қўзғатиш токи ўзгарувчан катталиклар ҳисобланади.

1.61-расм. Ўз-ўзидан қўзғатишли ўзгармас ток генераторининг салт

ишлаш тафсифи

Параллел қўзғатишли ўзгармас ток генераторини текширганда унинг учта асосий тафсифи олинади.

1. Салт ишлаш тафсифи. Бу тафсиф якордаги
кучланишнинг (якорнинг ташки занжири очик бўлганда) қўзғатиш
токига боғлиқ бўлишини кўрсатади. Салт ишлаш тафсифининг
аналитик ифодаси U=f(I_қ) бунда I_я=0 ва n=const. I_я=0 бўлганда
U=E бўлади, бинобарин E=f(I_қ) бўлади. n=const бўлганлиги учун
Е=с·n·Ф ифодани Е=КФ кўринишида, Е=f(I_K) аналитик ифодани эса Ф=f(I_қ·w) ёки B=f(H) кўринишида ёзиш мумкин. Бу эса магнитланиш тафсифининг аналитик ифодасидир.

Шундай килиб, салт ишлаш тафсифининг эгри чизиғи машина магнит занжири айрим элементларининг магнит хоссалари билан белгиланади. Қўзғатиш токи ортганида ЭЮК ортади. ЭЮК максимал қийматга эришганидан сўнг, қўзғатиш токи аста-секин камайтира борилса, қўзғатиш токининг аввалги қийматларига тўғри келганда ҳосил бўладиган ЭЮК аввалгидан ортикроқ бўлади. Машина қутби ва корпусларидаги колдиқ магнетизм шунга сабаб бўлади.

Одатда, назарий салт ишлаш тафсифи ишлатилади. Бу тафсиф ҳақикий тафсифнинг кўтарилувчи ва камаювчи тармоқлари ўртасидан ўтган чизиқдир.

Салт ишлаш тафсифи уч қисмдан иборат. Биринчи қисм тафсифнинг тўғри чизиқли бошланғич қисмидир. Бу қисмда машина ҳали магнит жиҳатдан тўйинмаган бўлиб, магнитланиш анча кам бўлади. Иккинчи қисм тафсифнинг эгри чизиқли қисми бўлиб, "тирсак" деб аталади. Бу қисмда машина магнит тўйиниш арафасида бўлади. Учинчи қисм тафсифнинг ётиқ ва тўғри чизиқли қисмлари бўлиб, бунда машина тўйинган, яъни қўзғатиш токининг ортиши янги магнит куч чизиқларини ҳосил қилмайди.

Номинал кучланишнинг ишчи қисми, албатга, тафсифнинг эгри чизиқли (тирсак) қисмида бўлиши керак, чунки бу ҳолда кучланишни ростлаш қулайрок.

2. Ташқи тафсиф. Қўзғатиш занжирининг қаршилиги ва айланиш тезлиги ўзгармас бўлганда генератор якоридаги кучланишнинг юклама токи билан қандай боғланганлигини кўрсатувчи эгри чизиқ U=f(I_Ю) (n=const бўлганида) ташқи тафсифдир.

Параллел қўзғатишли генераторнинг ташқи тафсифини олишда қўзғатиш занжирининг қаршилиги R_қ=const бўлади (1.62-расм). Юклама токи I_Ю ортганда якордаги ток I_я ҳам ортади. Бу эса якордаги кучланиш пасайиши (I_Я·R_Я) ҳамда якорь реакцияси туфайли якордаги кучланишнинг пасайишига сабаб бўлади.

Демак, қўзғатиш токи I_қ=U/R_қ камаяди. Бу эса магнит оқими Ф=I_қ·w_қ/R_m, индукцияланувчи ЭЮК Е=с·n·Ф ва якордаги кучланиш U=Е-I_Я·R_я нинг камайишига сабаб бўлади.

1.62-расм. Ўз-ўзидан қўзғатишли генераторининг ташқи тафсифи

Шундай қилиб, параллел қўзғатишли генератор кучланишининг пасайишига таъсир кўрсатувчи сабаблар қуйидагилардан иборат:

1. I_Я·R_я кучланишнинг якорь қаршилигида пасайиши.

2. Якорь реакцияси.

3. Қўзғатиш токининг камайши.

Параллел қўзғатишли генераторда нисбий кучланиш пасайиши қуйидагига тенг бўлади:

U_% =((U₀-U_H0M )/U_HOM ) ·100 % (1.68)

Ўртача қувватли қўшимча қутбли машиналарда U_%=8-15% га тенг бўлади. Тафсифдан кўринадики, параллел қўзғатишли генераторни фақат аниқ бир чегарагача (I_макс гача) юклаш мумкин ва бу ток критик ток деб аталади (А нуқта). Токни бу даражагача орттириш мумкин эмаслигининг сабаби, ток орта борса, кучланишни пасайишининг I_Қ юклама токини камайтиришига таъсири R ташқи каршиликнинг таъсирига қараганда кўпроқ бўлади. Ташқи қаршиликнииг камайиши юклама токини орттиради:

I_Ю =U/R=(U₀-U)/R (1.69)

Ташқи қаршилик нолга тенг бўлганида I_Ю ток I_ҚТ киска туташув токига тенг бўлади. Тафсифдан кўринишидики, қисқа туташув токи унча катта эмас. Бу токни қолдиқ магнетизм оқими индукцияланган ЭЮК ҳосил қилади.

3. Ростлаш тафсифи. Айланиш тезлиги ўзгармас бўлганида қўзғатиш токининг юклама токи билан қандай боғланганлигини кўрсатувчи эгри чизиқ ростлаш тафсифи дейилади. I_Қ=f(I_Ю ), бунда U=const, n=const.

Электр энергияси истеъмолчиларнинг (электр двигателлар, лампалар ва бошқалар) яхши ишлаши учун манбадан олинадиган кучланиш юклама ўзгаришига тенг бўлиши керак.

Шунтли генераторларда юклама ўзгариши билан кучланишни миқдор жиҳатдан бир хил саклаш имконияти бор. Бунинг учун қўзғатиш занжиридаги ростлаш реостати ёрдамида қўзғатиш токи I_Қ, шунингдек, магнит оқими Ф ва ЭЮК ўзгартирилади, кучланиш эса ўзгармас (U=const) ушлаб турилади. Барча генераторлар кучланиш ростлагичлари билан жиҳозланади. Демак, ростлаш тафсифи (1.63-расм) турли юкламаларда генераторнинг қисқичларидаги кучланишни бир хил (ўзгармас) ушлаб туриш учун қўзғатиш токини қанча ўзгартириш кераклигини кўрсатади.

1.63-расм. Ўз-ўзидан қўзғатишли ўзгармас ток генераторининг ростлаш тафсифи

Ўзгармас ток генератори алоқа қурилмаларининт (электролиз ва гальваник) паст кучланишли ўзгармас ток истеъмол киладиган манбалари хисобланади. Ундан синхрон генераторнинг қўзғаткичи сифатида ҳам фойдаланилади.

Айниқса, махсус ўзгармас ток генераторлари (пайвандлашда, поездларни ёритиш учун ишлатиладиган генераторлар, ўзгармас ток кучайтиргичлари, аккумуляторларни зарядлаш учун генераторлар) кенг тарқалган.

2. Иккиламчи электр энергияси манбалари

2.1. Тўғрилагичлар

Республикамизда электр энергияси 50 Гц частотали ўзгарувчан токда тарқатилади, бу билан бирга телекоммуникация аппаратураларининг кўп қисми турли номиналлардаги ўзгармас ток билан таъминланиши сабабли ўзгарувчан токни ўзгармас токка ўзгартириш зарурати туғилади. Бунинг учун электр машиналарни ишлатиш мумкин, лекин уларнинг айланувчан қисмлари шовқин ҳосил қилади, махсус фундаментларни талаб қилади ва қатор камчиликларга эга. Қувватли кучли вентиллар яратилгандан сўнг электр машиналардан статик тўғрилаш қурилмаларига, яъни тўғрилагичларга ўтилди.

Тўғрилагич деб ўзгарувчан токни ўзгармас токга айлантирувчи қурилмага айтилади. Ишлатиш жараёнида тўғрилагичлар қуйидаги қатор техник талабларга жавоб бериши керак:

1) талаб қилинадиган кучланиш ва қувват;

2) тўғриланган кучланиш пульсациясининг рухсат этиладиган даражаси;

3) хавфсиз хизмат кўрсатиш;

4) қулайлик ва бошқариш ишончлилиги;

5) юқори ФИК;

6) тўғриланган кучланишнинг стабиллиги;

7) юқори кувват коэффициенти;

8) ўта юқори токлардан ва ортиқча кучланишлардан ишончли ва тезкор ҳимоя;

9) техник ишлатишнинг паст нархи;

10) қурилманинг кичик габаритларга ва оғирликга эга бўлиши.

Умумий кўринишда тўғрилагич 4 та асосий қисмлардан иборат бўлади (2.1−расм).

Трансформатор қуйидаги вазифаларни бажаради:

1. Ўзгарувчан ток тармоғи кучланишини тўғриловчи элемент киришида талаб қилинадиган қийматга ўзгартиради.

2. Тўғрилагич ишчи занжирларини ва юкламани таъминлаш тармоғидан ва бошқа истеъмолчилардан галваник (электр) ажратади, яъни уларни мустақил қилади..

3. Кўпинча телекоммуникация апаратуралари талаб қиладиган тўғрилагич бир қутбини ерга улаш имкониятини беради. Баъзан тўғрилагич трансформатори фазалар сонини ошириш учун ишлатилади. Бунинг учун иккиламчи чўлғамлар сони бирламчи чўлғамлар сонига нисбатан икки мартага оширилади. Бу тўғриланган кучланиш пульсацияси частотасини ошириш ва пульсацияни камайтириш мақсадида қилинади. Бундан ташқари трансформаторнинг иккиламчи томонидаги юлдуз схемада улангандаги фаза чўлғамларининг умумий нуқтаси кўпинча тўғрилагичнинг юклама уланадиган чиқиш қутби бўлиб хизмат қилади.

2.1−расм. Бир каналли тўғрилагичнинг тузилиш схемаси

Вентиллар бир тамонлама ўтказувчанликка эга ва ўзгарувчан токни ўзгармас токка ўзгартиришни амалга оширади. Тўғрилагичда уларнинг сони тўғрилаш схемасига боғлиқ бўлади. Тўғрилагичнинг ҳар бир фазаси камида битта вентиль звеносига эга бўлади. Лекин кўп ҳолларда талаб қилинадиган ток ва кучланиш қийматини олиш учун ҳар бир вентиль звеносида бир неча вентиллар бўлиши мумкин. Вентиллар кетма-кет, параллел ва мураккаб гуруҳларда уланиши мумкин.

Тўғрилагичдан кейин кучланиш ёки ток пульсланувчан бўлади. Уни ўзгармас ва ўзгарувчан ташкил этувчилардан иборат деб тасаввур қилиш мумкин. Телекоммуникация аппаратуралари пульсланувчан ўзгармас ток билан таъминланганда алоқа сигналларини узатишда жиддий ҳалақитлар юзага келиши мумкин. Бунга рухсат этилмайди ва пульсацияни камайтириш чоралари кўрилади. Бунинг учун вентиллар ва таъминланадиган аппаратуралар орасига силлиқловчи фильтр қўйилади. Тўғрилагичнинг чиқиш кучланиши 10...15 фоизга ўзгариши мумкин бўлган таъминот ўзгарувчан кучланиш қийматига боғлиқ. Телекоммуникация аппаратураларида кўпинча бундай сезиларли тебранишга рухсат берилмайди. Шунинг учун замонавий тўғрилагичларда фильтрдан кейин ток ва кучланиш стабилизаторлари қўйилади. Бу звенодан ташқари тўғрилаш қурилмасида коммутациялаш аппаратураси, ҳимоялаш занжири ва бошқалар бўлиши мумкин.

Тўғрилагичлар бошқариладиган ва бошқарилмайдиган бўлади. Бошқарилмайдиган тўғрилагич чиқиш кучланишини бошқариш имкониятини бермайди. У ҳамиша U₀=K·U₂ муносабат орқали аниқланади ( бу ерда U₀– чиқишдаги ўзгармас ток кучланиши, U₂–тўғрилагич киришидаги ўзгарувчан ток кучланиши, K–тўғрилаш схемасининг доимий коэффициенти).

Агар бундай тўғрилагичда чиқиш кучланишини ўзгартириш керак бўлса, киришдаги кучланишни ўзгартиришга тўғри келади. Бошқариладиган тўғри–лагичларда юкламадаги ўзгармас ток кучланишини тўғрилагич ишлаши жараёнида тўғрилагич иш режимига таъсир қилган ҳолда ўзгартириш мумкин.

Тўғрилаш қурилмасини қуйидагича синфларга ажратиш мумкин:

1) тўғрилаш схемаси бўйича-бир фазали ва кўп фазали, битта ярим даврли (бир тактли) ва иккита ярим даврли (икки тактли );

2) қувват бўйича-кичик қувватли (100 Вт гача), ўрта қувватли (5 кВт гача), катта қувватли (5 кВт дан юқори);

3) тўғриланган ток частотаси бўйича-саноат частотаси (50Гц), оширилган частотали (400 ёки 1000Гц), юқори частотали (1000Гц дан юқори);

4) кучланиш бўйича-кичик кучланишли (250 В гача), ўрта кучланишли (1000 В гача), юқори кучланишли (1000 В дан юқори);

5) иш юкламасининг режими бўйича-узоқ вақтли, импульсли, қисқа вақтли;

6) тўғрилагичга юкламанинг реакцияси бўйича-актив, индуктив ва сиғим реакцияли.

2.1.1. Вентиллар ва уларнинг параметрлари

Ўзгарувчан токни ўзгармас токка ўзгартириш ночизиқли элемент вентиль ёрдамида амалга оширилади.

Вентиль бир томонлама ўтказишга, яъни бир йўналишдаги токка катта ўтказувчанликка (кичик қаршиликка) ва бошқа йўналишдаги токка кичик ўтказувчанликка (катта қаршиликка) эга бўлади. Вентиль кичик қаршиликка эга бўлган йўналиш тўғри йўналиш дейилади ва R_тўғ ,I_тўғ ,U_тўғ катталиклар билан характерланади. Вентиль катта қаршиликка эга бўлган йўналиш эса тескари йўналиш дейилади ва R_тес ,I_тес ,U_тес катталиклар билан характерланади. Схемада вентилнинг белгиланиши 2.2−расмда келтирилган.

2.2− расм. Схемада вентилнинг белгиланиши

Аноддан катодга йўналишдаги кучланиш тўғри, катоддан анодга йўналишдаги кучланиш эса тескари кучланиш дейилади. Реал ва идеал вентилларга ажратилади. Вентилдан оқиб ўтадиган ток ва вентилнинг асосий электр хусусиятлари унинг вольт-ампер тафсифи (ВАХ) I=f(U) орқали характерланади. Вентиллар реал ва идеал вентилларга ажратилади.

Идеал вентилда R_тўғ=0, мос равишда U_тўғ=0, I_тўғ ток эса ҳеч нарса билан чекланмайди, R_тес=¥, яъни U_тес кучланишнинг ҳар қандай қийматида I_тес=0 бўлади.

Реал вентиль қандайдир R_тўғ қаршиликка эга бўлади, шунинг учун талаб қилинадиган I_тўғ тўғри токни олиш учун вентилга маълум қийматдаги U_тўғ кучланишни бериш керак бўлади. Реал вентиль тескари йўналишда R_тес юқори қаршиликка эга бўлганлиги сабабли қандайдир I_тестескари токни ўтказади (2.3−расм).

Вентиллар бошқариладиган ва бошқарилмайдиган бўлиши мумкин. Ҳозирги вақтда асосан ярим ўтказгичли вентиллар-селенли, кремнийли бошқариладиган (тиристорлар) қўлланилади.

реал вентилнинг ВАХи

2.3 −расм. Ярим ўтказгичли диоднинг вольт-ампер тафсифлари

Германийли вентиллар, асосан кўпроқ кичик кучланишли тўғрилагичларда қўлланилади, чунки уларнинг U_тўғ кучланиши кремнийли вентилларга қараганда 2-3 марта кичик.

Кремнийли вентиллар германийли вентилларга қараганда катта U_{тес.рух} кучланишга ва 2-3 марта кичик I_тестокка эга ва қувватли тиристорли тўғрилаш қурилмаларида юқори температураларда қўлланилади. Бошқарилмайдиган кремнийли вентиллар 1000 А гача I_тўғ токлар ва 1000 В гача тескари кучланишларга ишлаб чиқарилади..

Кремнийли вентиллар бошқариладиган вентиллар тиристорлар бўлиши ҳам мумкин. Улар бошқариладиган тўғрилагичларда қўлланилади. У тўрт қатламли ярим ўтказгичли тузилишдаги уч электродли асбоб ҳисобланади (2.4− расм).

2.4 −расм. Тиристорнинг тузилиши ва схемада белгиланиши

Оддий диоддаги анод ва катоддан ташқари, улар яна бир бошқариш электродига (БЭ) эга бўлади. Бошқариш электродига мусбат қутбли сигнал берилмагандаги тиристорнинг вольт-ампер тафсифи 2.5−расмда келтирилган.

Тиристор анодига U_а.мах кучланишдан кичик бўлган кучланиш берилмагунча токни ўтказмайди. Бу вақтда тиристордан жуда кичик бўлган I_иср исрофий ток оқиб ўтади (1-соҳа), агар U_а=U_амах бўлса, тиристор очилади (I_от токда) ва иккинчи барқарор ишлаш соҳасига бўлади, у ҳолда ундан оқиб ўтадиган I_тўғ ток юклама қаршилиги орқали аниқланади.

Агар I_тўғ ток I_ёт токкача камайса, тиристор ўз-ўзидан ёпилади. 3-соҳа тиристорнинг нобарқарор иш зонаси ҳисобланади. 4-соҳа ҳар қандай диоддаги каби тескари кучланишда тиристорнинг ёпилишига мос келади.

1-тўғри йўналишда ўтказмаслик соҳаси;

2-тешилиш соҳаси;

3-манфий қаршилик соҳаси;

4- юқори ўтказувчанлик соҳаси;

5-тескари йўналишда ўтказмаслик соҳаси;

6-қайтмас кучкисимон тешилиш соҳаси.

2.5-расм. Ярим ўтказгичли тиристорнинг вольт-ампер тафсифи

Агар бошқарувчи электродга сигнал берилса, 1-чи ва 3-чи соҳаларда тиристорнинг тафсифи ўзгаради, яъни I_б1 токда, U_амах1 кучланишнинг кичик қийматида тиристор очилади, I_б ток I_{б 2} токка ортганда у янада очилади, U_амах2 кучланиш кичикроқ бўлади. Етарличи катта I_б токда тиристорнинг вольт-ампер тафсифи оддий бошқарилмайдиган диод вольт-ампер тафсифига яқин бўлади. Шундай қилиб, агар тиристор ўзгарувчан ток занжирига қўйилса, I_б токка боғлиқ равишда U_амах кучланишининг турли қийматларида очилади. Агар тиристорларни тўғрилагичларда диодлар ўрнига қўйилса, тўғрилагич чиқишида бошқариладиган кучланиш олинади. Тиристор очилган бўлса, бошқариш электродининг бошқариш таъсири йўқолади ва тиристорни тескари кучланиш ёки тармоқдан узиш орқали ёпиш мумкин.

2.1.2. Тўғрилагичнинг чиқиш параметрлари

Тўғрилагичнинг чиқиш параметрларига қуйидагилар киради:

1) тўғриланган кучланишнинг ўртача қиймати U_o;

2) тўғриланган токнинг ўртача қиймати I_o;

3) тўғриланган кучланиш асосий гармоникаси пульсациясининг частотаси f_ткп;

4) тўғриланган кучланишнинг пульсация коэффициенти К_п;

5) тўғрилагич кириш кучланиши битта қийматда бўлганида U_о чиқиш кучланишининг I_о юклама токига боғлиқлиги бўлган тўғрилагичнинг ташқи тафсифи;

6) вентилларни танлаш учун U_тес тескари кучланиш,

Тўғрилаш схемалардаги трансформаторлар учун қуйидаги параметрлар аниқланади:

1) иккиламчи чўлғам кучланиши U₂ ва токи I₂, чунки уларни тўғриланган кучланиш ва токнинг ўртача қиймати (ўзгармас ташкил этувчи) билан таққослаш қабул қилинган;.

2) бирламчи чўлғам кучланишнинг U₁ ва токининг I₁ таъсир этувчи қийматлари;

3) иккиламчи чўлғамнинг тўла қуввати S₂;.

4) бирламчи чўлғамнинг тўла қуввати S₁;

5) трансформаторнинг тўла (габарит) қуввати S_тр= (S₁S₂)/2;

6) трансформатор иккиламчи чўлғамидан фойдаланиш коэффициенти K₂=P_о/S₂, бу ерда P_о тўғрилагичнинг қуввати;

7) трансформатор бирламчи чўлғамидан фойдаланиш коэффициенти K₁=P_о/S₁;

8) трансформатордан фойдаланиш коэффициенти K_тр=P_о/S_тр.

Бу коэффициентлар тўғрилаш схемасига боғлиқ, чунки бир тактли тўғрилашда трансформаторда мажбурий магнитлаш ҳодисаси мавжуд бўлиб, у трансформатордан фойдаланиш коэфициентини кескин камайтиради.

Бу чиқиш параметрларини кўриб чиқамиз. Тўғрилаш схемаси бўйича тўғрилагичлар бир фазали ва кўп фазали, битта ярим даврли (бир тактли) ва иккита ярим даврли (икки тактли) бўлади. Шунинг учун тўғрилаш фазалари сони m трансформатор иккиламчи чўлғами фазалари сонига мос келмаслиги мумкин. Бу сон m=pn муносабатдан аниқланади (бу ерда n=1,2,3,4,,,6 ва ҳ. к-трансформаторнинг иккиламчи чўлғамлари сони, p=1 ёки 2 тўғриланадиган ярим даврлар сони). Бир тактли ёки икки тактли схемаларни аниқлаш шундан келиб чиқадики, таъминот кучланишни бир даврида трансформатор иккиламчи занжири фаза чўлғамидан нечта ток импульслар оқиб ўтади. Бир тактли тўғрилагичда бир даврда бир фазали чўлғам орқали битта ток импульси, икки тактли тўғрилагичда эса икки фазали чўлғам орқали иккита ток импульси оқиб ўтади. Шундай қилиб, тўғриланган ток пульсацияси частотаси таъминот тармоғи частотасига мос тушмайди ва у f_т.к.п=mf_тар бўлади.

2.1.3. Бир тактли тўғрилаш схемалари

Бир фазали бир тактли тўғрилаш схемаси

Бир фазали битта ярим даврли тўғрилаш схемаси 2.6−расмда келтирилган. VD1 диод анодида мусбат потенциал бўлганида ток, VD1 диод, R_ю юклама орқали оқиб ўтиб трансформатор иккиламчи чўлғамига туташади. Агар U_КИР=U_1m·sinwt бўлса, юкламадаги ток ярим синусоидал шаклда бўлади, юкламиааги кучланиш шакли ҳам шундай шаклда бўлади. Бу тўғриланган ток битта даврда юкламадан оқиб ўтадиган тўғриланган токнинг ўртача қиймати бўлган ўзгармас ташкил этувчига эга бўлади.

Бир тактли тўғрилаш схемасида қуйидаги муносабатлар ўринли ҳисобланади.

U₀=(/p)·U₂=0,45·U₂; (2.1)

I₀ = (2/p)·I₂=I₂/1,57=0,637·I₂. (2.2)

2.6−расм. Бир фазали бир тактли тўғрилаш схемаси ва вақт диаграммалари

Ёпиқ вентилга қуйиладиган тескари кучланиш трансформатор иккиламчи чўлғамига қўйиладиган кучланишга прапорционал бўлади:

U_ТЕС=U_m=p·U₀=3,14·U₀=U₂· (2.3)

яъни, тўғриланган кучланишда p мартага катта бўлади. Тўғриланган кучланиш ва ток пульсациясининг частотаси f_тўғ=f_тар бўлади (яъни m=1).

Уч фазали бир тактли тўғрилаш схемаси

У иккиламчи чўлғами юлдуз схемада уланган уч фазали трансформатор ва трансформатор иккиламчи чўлғамлари фазаларига биттада уланган учта диодлардан иборат. Трансформатор иккиламчи чўлғамлари охирги учлари бир нолинчи нуқтага, бош учлари эса диодлар анодларга уланади. Барча вентиллар катодлари умумий нуқтага уланади ва тўғрилагич чиқишида мусбат қутбни ташкил қилади (2.7−расм).

2.7−расм. Уч фазали бир тактли тўғрилаш схемаси

Трансформаторнинг нолинчи нуқтаси манфий қутб ҳисобланади. Иккиламчи чўлғам фаза кучланишлари бир−бирларидан 2p/3 бурчакка сурилган бўлади.

Исталган вақт моментида анодида бошқа фазаларга қараганда энг катта мусбат потенциал бўлган фаза диоди очилади (2.8−расм).

t_о ихтиёрий вақт моментида VD1диод анодида энг катта мусбат потенциал бўлади ва у очиқ бўлади. U₂₁^’ кучланиш таъсирида ток биринчи фаза, VD1 диод, R_ю юклама орқали нолинчи нуқтага оқиб ўтади.

Юкламадаги кучланиш U₂₁ оний қийматга тенг бўлади. t₁ вақт моментигача иккинчи фазадаги кучланиш ҳам мусбат, лекин биринчи фазадаги кучланишдан кичик бўлади, шунинг учун VD2 диод анодидаги потенциал унинг катодидаги потенциалдан кичик бўлади ва VD2 диод ёпиқ бўлади.

t₂ моментдан бошлаб учинчи фаза ишлай бошлайди ва жараёнлар даврий такрорланади. Ҳар бир фаза даврнинг 2p/3 қисми давомида ишлайди. Тўғрилагич чиқишидаги U_о кучланиш исталган вақтда иккиламчи чўлғам (фаза диоди очиқ бўлганда) фаза кучланишининг оний қийматига тенг бўлади, яъни U_о тўғриланган кучланиш U₂ кучланишнинг оғдирувчиси ҳисобланади, I_о=U_о/R_о бўлганлиги учун мана шу эгриликнинг ўзи бошқа масштабда ток эгрилиги бўлади. Бинобарин, ток ҳар бир фаза бўйича даврнинг учдан бир қисмида оқиб ўтади.

Вақтнинг бошланиши деб қўш чўлғамлар фазаларидаги U₂ кучланиш U_m кучланишига тенг бўлган моментни оламиз ва =/m (бу ерда m=3) вақт интервалини кўриб чиқамиз. У ҳолда тўғриланган кучланишнинг ўзгармас ташкил этувчиси қуйидаги ифодада орқали аниқланади.

(2.4)

ёки U₂ таъсир этувчи қийматга ўтиб қуйидагига эга бўламиз:

U₀ =(3···U₂ )/2·=1,17·U₂ , (2.5)

2.8−расм. Уч фазали бир тактли тўғрилаш схемаси вақт диаграммалари

ўғриланган токнинг ўзгармас ташкил этувчиси қуйидагича аниқланади:

(2.6)

Диод ва трансформатор қўш чўлғамларидаги токнинг таъсир этувчи қиймати қуйидаги ифодадан аниқланади:

(2.7)

Агар I_о ва I₂ токларни мос равишдаги ўзгартиришларни қилиб, ўзаро таққосласак, I₀=I₂/0,58=1,752·I₂ га эга бўламиз. Диодга қўйиладиган тескари кучланиш бу схемада икки синусоидал кучланишлар фарқи орқали аниқланадиган эгрилик орқали тавсифланади. Бу икки фаза кучланишларининг фарқи чизиқли кучланишга тенг бўлганлиги учун тескари кучланишнинг максимал амплитудаси трансформатор иккиламчи чўлғами чизиқли кучланиши амплитудасига тенг бўлади, яъни U_тес=·U_m=U_Л=··U₂ тўғриланган кучланиш пульсациясининг частотаси f_n=m·f_c=3·f_c бўлади.

Бир тактли схемаларда трансформатор иккиламчи чўлғами ҳар бир фазаси токи (1/m) ·I_о га тенг бўлган ўзгармас ташкил этувчига эга бўлади ва бу ташкил этувчи бирламчи чўлғам токи билан конпенсацияланмайдиган Ф_о магнит оқимининг ўзгармас ташкил этувчисини вужудга келтиради. Натижада бундай схемаларда трансформатор магнит ўтказгичида мажбурий магнитланиш бўлади. I_о ток F₀= (I₀/m) ·W₀ магнитлаш кучини ҳосил қилади, магнит оқими эса Ф₀=F₀/R_m, бу ерда R_m магнит оқими йўлидаги магнит қаршиликдир. Бу оқим трансформатор ўзаги бўйлаб туташолмайди, чунки унинг куч чизиқлари ўзаро қарама−қарши йўналади ва стерженлар атрофида ҳавода туташади. Ҳавонинг R_m магнит қаршилиги катта бўлганлиги учун Ф_о магнит оқим кам бўлади. Лекин, одатда трансформатор магнит ўтказувчан қолип билан ўралади ёки унинг яқинида металл (магнит ўтказувчан) бўлса, у ҳолда Ф_о магнит оқими сезиларли бўлиши мумкин ва трансформатор нормал иш режимини бузиши мумкин.

Бундан ташқари, тўғрилагич юкламаси ўзгарганда иккиламчи чўлғамлардаги ток ўзгаради ва бунга мос равишда мажбурий магнитланиш интенсивлиги ўзгаради. Бу бир фазали бир тактли тўғрилаш схемаларида кўпроқ сезиларли бўлади, бунда ток паст частотада пульсланиб пульсланувчан Ф₀ магнит оқимини вужудга келтиради. Бу оқимлар магнит ўтказгичларни қўшимча юклаб уларда қўшимча йўқотишларни келтириб чиқаришидан ташқари, пульсланувчан тарқалиш магнит майдонини ҳосил қилади ва бу майдон яқинда ишлаётган бошқа қурилмалар ишига ҳам ҳалақит беради. Бу ўрта ва катта қувватли тўғрилагичлар ишида муҳим ҳисобланади.

Мажбурий магнитланиш билан курашишда магнит ўтказгич стерженларида чўлғамларни рационал жойлаштирилади, яъни чўлғамлар “зиг- заг” схемада уланади (2.9−расм).

2.9−расм. Чўлғамларни “зиг-заг” схемада уланиши

Бунинг учун ҳар бир фазанинг иккиламчи чўлғамлари иккита ғалтаклардан иборат бўлади, бу ғалтаклар турли стерженларга жойлаштирилади ва кетма−кет қарама−қарши йўналишда уланади. Бунда чўлғамнинг ҳар бир ярим қарама−қарши йўналган ва бир−бирларини компенциялайдиган магнит оқимларини ҳосил бўлади, шунинг учун трансформаторнинг мажбурий магнитланиши кескин камаяди ёки умуман бўлмайди. Ёки шундай тўғрилаш схемаси танланадики, танланган схема мажбурий магнитланишни келтириб чиқармайди.

2.1.4. Икки тактли тўғрилаш схемалари

Кўприксимон тўғрилаш схемаси

Схемада битта ярим давр мобайнида тўғриланган ток VD1 диод, R_ю юклама, VD3 диод орқали трансформаторнинг иккиламчи чўлғамига оқиб ўтади (2.10−расм). Тескари қутбда ток VD2 диод, R_ююклама, VD4 диод орқали трансформаторнинг иккиламчи чўлғамига оқиб ўтади. Яъни, ток юклама ва трансформатор иккиламчи чўлғами орқали бутун давр мобайнида оқиб ўтади.

2.10−расм. Кўприксимон тўғрилаш схемаси ва унинг вақт диаграммалари

R_ю юкламадан оқиб ўтадиган I_ю юклама токининг ўзгармас ташкил этувчиси (I_m=U_m/R_ю бўлганида) қўйидагича тенг бўлади:

(2.8)

, (2.9)

яъни, бир фазали бир тактли схемадагидан 2 марта катта бўлади. Трансформаторнинг иккиламчи чўлғамидан ток бутун давр мобайнида оқиб ўтади, у ҳолда унинг таъсир этувчи қиймати қуйидагича аниқланади:

(2.10)

у ҳолда, I_о ва I₂ токларни таққослаб, қуйидагини оламиз:

(2.11)

Ҳар бир ярим даврда иккита диод ишлагани учун ҳар бир кетма−кет уланган диодлардан оқиб ўтадиган токнинг таъсир этувчи қиймати I_vd=I₂/2 бўлади. Бу схема учун m=2, f_т,к=2f_т бўлади, диодлар иккиламчи чўлғамга параллел улангани учун ёпиқ диодлардаги тескари кучланиш эса U_тес=U_m=U₂ бўлади.

Трансформатор иккиламчи занжиридан нолинчи чиқиш чиқарилган икки тактли тўғрилаш схемаси

Бу схемани бошқача қилиб икки фазали бир тактли схема дейилади, чунки тўғриланган токнинг бир даври мобайнида трансформаторнинг иккиламчи ҳар бир ярим чўлғамларидан битта ток импульси оқиб ўтади, лекин, одатда ўзгарувчан ток техникасида икки фазали ток, унинг генерациялашни қийинлиги ва икки фазали ток тармоғининг йўқлиги учун биринчи ном қўлланилади (2.11−расм).

Бу схемада иккиламчи чўлғамнинг ҳар иккала яримлари тўғрилагич ишида навбатма−навбат иштирок этади. Биринчи ярим даврда ток VD1 диод, R_Ю юклама ва трансформатор ярим чўлғами, иккинчи ярим даврда эса VD2 диод, R_Ю юклама ва трансформатор бошқа ярим чўлғами орқали оқиб ўтади. Юкламадан бутун давр мобайнида бир қутбли ток оқиб ўтади (2.11−расм).

Бу схемада юкламадаги кучланишнинг ўзгармас ташкил этувчиси қуйидагига тенг бўлади:

(2.12)

m=2, U₂=U’₂=U”₂, у ҳолда

I₀ = U₀ / R_Ю = 0,9 U₂ / R_Ю (2.13)

Трансформаторнинг иккиламчи ҳар бир ярим чўлғами токининг таъсир этувчи қиймати қуйидагига тенг бўлади:

(2.14)

а) б)

2.11−расм. Трансформатор иккиламчи занжиридан нолинчи чиқиш чиқарилган икки тактли тўғрилаш схемаси ва унинг вақт диаграммалари

Юкламадаги пульсациялар частотаси f_т.к.п=2f_тар. Ёпиқ вентиль трансформатор иккиламчи чўлғамлари учлари орасидаги потенциаллар фарқига тенг бўлган тескари кучланиш таъсири остида бўлади. Потенциаллар фарқининг максимал қиймати битта иккиламчи ярим чўлғамдаги кучланишнинг иккиланган амплитудавий қийматига тенг бўлади:

U_ТЕС = 2U_m = 2U₂ (2.15)

Демак, бу схемада ёпиқ вентилдаги тескари кучланиш кўприксимон схемадагига нисбатан икки марта катта бўлади.

Уч фазали икки тактли схема (Ларионов схемаси)

Бунда трансформаторнинг иккиламчи чўлғамини юлдуз ёки учбурчак схемада улаш мумкин, лекин у кўпинча юлдуз схемада уланади, чунки бунда тўғриланган кучланишнинг ярмини олиш учун нолинчи нуқтадан фойдаланиш имконияти бор (2.12−расм).

Трансформатор чўлғамларининг ҳар бир фазаси бир вентилнинг анодига ва иккинчи вентилнинг катодига уланади. Учта вентиль (1, 3, 5) анодлари билан ўзаро умумий нуқтага уланади ва чиқишда (-) қутб бўладиган анод гуруҳини ташкил қилади, бошқа учта вентиллар эса, чиқишда (+) қутб бўладиган катод гуруҳини ташкил қилади.

Анод гуруҳи катодида энг катта манфий потенциал бўлган вентиль, катод гуруҳи эса анодида энг катта мусбат потенциал бўлган вентиль очиқ бўлади. Исталган вақт моментида ток икки кетма–кет уланган вентиль, юклама қаршилиги ва икки фазалар чўлғамларидан оқиб ўтади.

2.12−расм. Уч фазали икки тактли схема (Ларионов схемаси)

Ҳар бир вентиллар жуфтлиги даврнинг 1/6 қисмда ишлайди. Фазаларни қоплаш тартиби қайси вентиллар жуфтлигидан ток оқиб ўтишини аниқлайди. Агар бу тартибни ўзгартирилса, у ҳолда кетма–кет уланган вентиллар тартиби ўзгаради. Тўғриланган токнинг ҳар бир даврида трансформаторнинг ҳар бир фазаси орқали 1/3Т мобайнида мусбат қутбли иккита ток импульси (ҳар бир импульс Т/6 узунликда) ва ўша узунликдаги манфий қутбли иккита ток импульси оқиб ўтади (2.13−расм).

Шундай қилиб, трансформаторнинг ҳар бир фазаси даврнинг 2Т/3 қисми мобайнида, ҳар бир вентиль эса даврнинг Т/3 қисми мобайнида ишлайди. Тўғрилагич чиқишидаги кучланиш (бу схема учун m=6) кучланишлар олтита тактларини тўғрилашда олинган оғмага, унинг қиймати эса бу фазалардаги вентилларнинг очилиш даврларидаги икки фазалар орасидаги чизиқли кучланишнинг оний қийматига тенг бўлади.

Тўғриланган кучланишнинг ўзгармас ташкил этувчисининг қиймати қуйидагича аниқланади:

U₀=(m/p)·U₂ ·sin(p/m)=(6/p)·U₂··sin(p/6)=2,34·U₂ (2.16)

Тўғриланган токнинг ўзгармас ташкил этувчисининг қиймати қуйидагича аниқланади:

I₀=1,22·I₂ , (2.17)

бу ерда, I₂ – трансформатор ҳар бир фазаси токининг таъсир этувчи қиймати. Тўғриланган кучланиш ва ток пульсациясинининг частотаси f_nт.к.ч. = 6f_тар.

2.13−расм. Уч фазали икки тактли схеманинг вақт диаграммалари

Ҳар бир вентилдаги тескари кучланиш қуйидагича бўлади:

U_ТЕС=2,457·U₂. (2.18)

2.1.5. Тўғрилаш схемаларини нисбий баҳолаш

Тўғрилагичлар учун юкламада сарф бўладиган P₀=U₀I₀ ўзгармас ток қуввати қийматини билиш муҳим. Лекин, тўғрилагич тармоқдан истеъмол қиладиган ўша P₀ қувват, тўғрилагич схемасига боғлиқ бўлади. Шунинг учун биз трансформатордан фойдаланиш коэффициенти К_ТР, трансформатор бирламчи ва иккиламчи чўлғамларидан фойдаланиш коэффициентлари К₁ и К₂ ҳақида гапирамиз, чунки улар тўғрилагичнинг иқтисодий ва энергетик кўрсаткичларини аниқлайди.

К_ТР = P₀ / S_ТР, S_ТР = S₁ + S₂, (2.19)

К₁ = P₀ / S₁, S₁ = n₁ U₁ I₁, (2.20)

К₂ = P₀ / S₂, S₂ = n₂ U₂ I₂, (2.21)

n₁ n₂ га тенг эмас, у ҳолда бу коэффициентлар кучли фарқ қилади. Таққослаш учун бу коэффициентларни турли тўғрилаш схемалари учун кўриб чиқамиз (2.1−жадвал).

2.1−жадвал

Тўғрилаш схемаси	K1	K2	KТР
1-тактли: 1- фазали 3- фазали 2х фазали 2- тактли: 1-фазали (ўрта нуқтали) 1-фазали кўприксимон 3-фазали кўприксимон (Ларионов)	0.37 0.83 0.83 0.83 0.83 0.95	0.29 0.67 0.57 0.57 0.83 0.95	0.33 0.75 0.68 0.68 0.83 0.95

Таққослашлардан кўриниб турибдики, бир тактли тўғрилагичларда трансформаторнинг иккиламчи чўлғами бирламчи чўлғамга қараганда ёмон ишлатилади, чунки бу трансформаторларда ўзакнинг мажбурий магнитланиши мавжуд. Бундан ташқари, агар n₂ > n₁ бўлса, бу ҳам иккиламчи чўлғамлардан фойдаланишни ёмонлаштиради. Кўприксимон схемаларда ўзакнинг мажбурий магнитланиши йўқ, шунинг учун трансфориатордан ва унинг чўлғамларидан фойдаланиш коэффициентлари бир хил. Бундан ташқари, кўприксимон икки тактли схемаларда вентилга қўйиладиган тескари кучланиш икки марта кичик бўлади. Лекин, уларнинг камчилиги кўп вентиллар сонида фойдаланишдир.

Тўғрилаш қурилмаси схемасини танлашда унинг эксплуатацион хусусиятлари ва унга характерли бўлган токлар, кучланишлар, қувватлар миқдорий муносабатлари ҳисобга олинади, чунки улар бутун қурилманинг нархини, ҳажмини ва оғирлигини белгилайди.

Турли схемаларни нисбий баҳолаш барча схемалар учун бир хил шароитларда олиб борилади. Шунгача биз тўғрилагични йўқотишларсиз ва актив юкламада кўриб чиқдик, тўғрилаш схемаларнида юкламанинг бошқа турларида ток ва кучланишлар муносабатлари ўзгаради.

Тўғрилаш схемаларининг қўлланилиш соҳалари рухсат этиладиган пульсациялар коэффициенти, вентиллар сони ва трансформатордан қанчалик яхши фойдаланиш орқали аниқланади.

Бир фазали бир тактли схема соддароқ, юкламада катта пульсация коэффиценти рухсат этилса 15 Вт гача чиқиш қувватларида қўлланилади. Унинг афзаллиги оддийлиги, элементларнинг камлиги ва трансформаторсиз ишлаш имконияти ҳисобланади. Камчиликлари эса f_т.к.ч пульсация частотасининг кичиклиги ва К_П пульсация коэффициентининг катталиги ҳисобланади.

Бир фазали кўприксимон схема тўғриланадиган кучланиш нисбатан катта бўлмаган ва юклама токи эса катта бўлган ҳолларда 300 Втгача қувватларда қўлланилади. Унинг афзалликларига пульсацияларнинг оширилган частотаси, трансформатордан яхши фойдаланиш, трансформаторсиз ишлаш имконияти, камчиликларга эса диодлар сонини кўплиги (чунки бунда кетма−кет уланган диодларда кучланишнинг пасайиши ортади) киради.

Бир фазали икки тактли ўрта нуқтали схема кичик юклама токларида ва юқори тўғриланадиган кучланишларда (кўприксимон схемага қараганда U₂ кучланишнинг бир хил қийматларида у 2 марта катта бўлади), лекин кичик қувватларда (50 Вт гача) қўлланилади. Бу тўғрилаш схемасининг авфзалликларига диодлар сонининг камлиги, пульсацияларнинг оширилган частотаси, юқори тўғрилаш кучланиши киради. Схеманинг камчиликларига трансформатордан ёмон фойдаланиш, унинг тузилишининг мураккаблиги, диоддаги юқори тескари кучланиш киради.

Ўзгармас токнинг етарлича катта қийматларида кўп фазали тўғрилаш схемалардан фойдаланиш мақсадга мувофиқ бўлади. Ўртача қувватли тўғрилагичларда асосан уч фазали икки тактли Миткевич схемаси қўлланилади. Унинг афзаллиги пульсацияларнинг кичик қиймати ва катта частотаси, очиқ диодда кучланишни пасайишининг кичиклиги киради, шунинг учун бу схема кичик кучланишларни тўғрилашда қўлланилади. Камчиликларига эса трансформатордан ёмон фойдаланиш, трансформатор ўзагида мажбурий магнитланиш мавжудлиги, диоддаги катта тескари кучланиш киради. Ўзгармас токнинг катта қувватларда уч фазали икки тактли Ларионов схемаси қўлланилади. Унинг афзалликларига трансформатордан яхши фойдаланиш, трансформаторда мажбурий магнитланиш йўқлиги ва трансформатор чўлғамларини исталган схемада улаш имкониятининг борлиги киради. Камчиликларига эса диодлар сони кўплигини киритиш мумкин.

Мураккаброқ тўғрилаш схемалари жуда кам қўлланилади, чунки бунда уларнинг чиқиш параметрлари сезиларли яхшиланмайди, ҳаражат эса кўп талаб қилинади.

2.2. Силлиқловчи фильтрлар

Турли ўзгарувчан токни тўғрилаш схемаларини ўрганишда маълум бўлдики, тўғриланган кучланишнинг оний қиймати ўзгармас эмас, балки Фурье қатори орқали аниқланади. У ўзгармас ташкил этувчидан ва ўзгарувчан гармоникалар йиғиндисидан иборат бўлади. Ўзгарувчан гармоникаларнинг f_п=mf_т частотали биринчи гармоникаси энг катта қийматига эга бўлади. У ҳолда биз тўғриланган кучланишнинг пульсация коэффициентини аниқлаймиз:

(2.22)

бу ерда к-гармоника номери.

Пульсация коэффициентини ток учун ҳам аниқлаш мумкин: K_пI =I_~/I₀ . Актив юкламада K_пи=K_пI, комплекс юкламада эса K_пи≠K_пI, бўлади. Кўпинча юклама таъминот кучланиши пульсация коэффициентини тўғрилагич чиқишидаги пульсация коэффициентидан кичик бўлишини талаб қилади. Бунда пульсацияни камайтириш учун тўғрилагич чиқишига силлиқловчи фильтр қўйилади.

Лекин шундай занжирлар борки, уларда ҳалақитлар фақат амплитуда орқали эмас, кучланиш ички гармоникалари орқали ҳам пайдо бўлиши мумкин, турли частотали тебранишларга турлича сезгирликка эга бўлади. Инсон 20Гц...20кГц частоталар диапазонидаги товушларни эшита олади, сигналлар қувватлари бир хил бўлганида 600 дан 2000 Гц ўрта частоталардаги товушлар қаттиқроқ эшитилади.

Шунинг учун, микротелефон занжирлари ва инсон қулоғини ҳисобга олганда турли частотали гармоникалар таъсирини аниқлайдиган _к халақитлар параметрик коэффициенти тушунчаси киритилади (2.14−расм). У эксперементал аниқланади ва 800 Гц частотали гармоникада 1 га тенг бўлади.

2.14−расм. _к халақитлар параметрик коэффициенти _к нинг частотага боғлиқлиги

Бошқа частотали гармоникаларнинг нисбий таъсири _к коэффициент қийматлари орқали характерланади.

Силлиқловчи фильтрнинг пульсацияни камайтириш қобилияти фильтр киришидаги (тўғрилагич чиқишидаги) пульсацияни, унинг чиқишидаги (юкламадаги) пульсация коэффициентига нисбатига тенг бўлган силлиқлаш коэффициенти орқали баҳоланади.

(2.23)

бу ерда U_01m; U_ю1m–ўзгарувчан ташкил этувчининг асосий (биринчи) гармоникасининг фильтр кириши ва чиқишидаги амплитудалари; U₀; U_ю– фильтр кириши ва чиқишидаги кучланишнинг ўзгармас ташкил этувчилари.

Фильтрларга зарур силлиқлаш коэффициентини таъминлашдан ташқари, яна бир қатор талаблар қўйилади. Фильтр орқали бутун юклама токи оқиб ўтади, унда кучланиш ва токни ўзгармас ташкил этувчиларининг бир қисми тушади. Бу тушувни камайтириш учун фильтр одатда кичик актив йўқотишларга эга бўлган L ва C реактив элементлар турли комбинацияларидан ташкил топади. Фақат юкламанинг жуда кичик қувватларда фильтрда L дроссельнинг ўрнига R резистор қўйилади.

Фильтрларга қуйидаги талаблар қўйилади:

1) кучланишнинг ўзгармас ташкил этувчиси минимал бўлиши керак;

2) R_ю юклама қаршилиги кескин ўзгарганида юкламадаги токнинг шаклини ўзгармаслиги (фильтрнинг реактив элементлари кучланиш ва токнинг кескин ўзгаришига тўсқинлик қилиши ҳисобига);

3) ўтиш жараёнларида токнинг кескин ўзгариши ва ортиқча кучланиш бўлмаслиги;

4) юқори ишончлилик;

5) фильтрнинг ўз тебранишларининг частотаси тўғриланган кучланиш ва ток ўзгарувчан ташкил этувчилари частотасидан кичик бўлиши.

Фильтрларнинг C, L, LC (Г-симон), С LC (П-симон), кўп звеноли LC ва RC, резонансли, транзисторли ва микросхемали турдаги схемалари мавжуд.

Реактив элементларда силлиқловчи фильтрларни қуриш услублари қуйидагича: юклама занжирга кетма-кет равишда токнинг ўзгаришларига катта қаршиликка, токнинг ўзгармас ташкил этувчисига кичик қаршиликка эга бўлган элемент уланади(масалан, ўзгарувчан реактив ғалтак, паралелл резонанс контур), юкламага паралелл равишда эса токнинг ўзгаришларига кичик қаршиликка, токнинг ўзгармас ташкил этувчисига катта қаршиликка эга бўлган элемент қўйилади (масалан, конденсатор, кетма-кет резонансли контур). Бу фильтрларнинг ишлаш принциплари реактив элементларнинг электр энергиясини йиғиш ва ўзгариш қобилиятларига мослангандир.

2.2.1. Фильтрларнинг силлиқлаш хусусияти

Индуктивли фильтр юкламага кетма-кет уланган L дросселдан иборат (2.15−расм). Дросселни силлиқлаш хоссаси тўғриланган кучланишнинг ўзгарувчан ташкил этувчисининг ўзгаришларига тўсқинлик қилувчи ундаги ўзиндукция ЭЮКларини вужудга келишига асослангандир.

2.15−расм. Индуктивли фильтр

Дросселнинг X_L=_пL қаршилиги токнинг ўзгармас ташкил этувчиси учун нолга тенг (бу ерда _п=2f_п=2mf_c=m_с ), токнинг ўзгарувчан ташкил этувчиси учун эса нолга тенг эмас ва дроссель қаршилигида кучланишни ўзгарувчан ташкил этувчисини пасайишига эга бўламиз. Пульсацияларни яхши силлиқлаш учун дросселни индуктив қаршилиги R_ю юклама қаршилигидан кўп мартага катта бўлиши керак (яъни X_Lқ_пL>> R_ю), у ҳолда бундай фильтрнинг силлиқлаш коэффициенти қуйидагига тенг бўлади:

(2.24)

Бунда фильтрнинг актив қаршилигини эътиборга олмаймиз (R_др =0).

Одатда тўғрилаш схемасини ва юкламада рухсат этиладиган пульсация коэффициентини билган ҳолда К_с силлиқлаш коэффициентини осон аниқлаш мумкин. Фильтр дросселнинг зарур индуктивлиги қуйидаги формуладан аниқланади:

(2.25)

Индуктивли фильтрларни катта қуввати кўп фазали тўғрилагичларда ва унча катта бўлмаган R_ю юклама қаршиликларида қўллаш мумкин, бунда фильтр индуктивлиги кичик габаритга эга бўлади ва ундаги актив йўқотишларни эътиборга олмаслик мумкин.

Индуктивли фильтрлар қуйидаги камчиликларга эга:

1) юклама токи кескин ўзгарганида дросселда катта ўзиндукция ЭЮКи вужудга келади, бу дроссель чўлғамларида изоляцияланган учун хавфли бўлган ортиқча кучланишни келтириб чиқаради.

2) юклама токи ўзгарганида бундай фильтрнинг силлиқлаш принципи ўзгаради, чунки (2.25) формулага мувофиқ дроссель индуктивлиги R_ю юклама қашилигига боғлиқ.

Афзалликлари эса, оддийлиги, кичик қувват йўқотишлари ва кучланишнинг чиқишида кам ўзгаришидан иборат.

Сиғимли фильтрнинг ишлаш принципи қуйидагича. Тўғрилагичда кучланиш ортганида конденсатор электр энергияни йиғади, тўғрилагичдаги кучланиш камайганда эса конденсаторда йиғилган энергия юклама орқали зарядланади (2.16−расм). Пульсацияни аниқлашни таъминлаш учун конденсаторнинг сиғим қаршилиги юклама қаршилигидан сезиларли кичик бўлиши керак.

Х_С = 1 / (w_СС) << R_ю (2.26)

У ҳолда конденсатор юкламани шунтлагандек бўлади, шунинг учун токнинг ўзгарувчан ташкил этувчисининг катта қисми конденсатордан оқиб ўтади, бунда ўзгармас ташкил этувчи учун конденсаторнинг қаршилиги Х_с= ∞ бўлади ва ўзгармас ташкил этувчи юклама орқали оқиб ўтади. Тўғрилагич сиғим фильтрга ишлаганда кучланишни ўзгарувчан ташкил этувчисининг амплитудаси кесиш бурчагига боғлиқ бўлади, у ҳолда

(2.27)

бу ерда Н- маълум қийматда Н=f(A) график боғлиқликдан аниқланадиган ва кесиш бурчагига боғлиқ бўлган параметр. У ҳолда С-фильтр чиқишидаги пульсация коэффициенти қуйидагича кўринишда бўлади:

(2.28)

2.16−расм. Сиғимли фильтр

Сиғим бўлганида тўғрилагич чиқишида пульсация коэффициенти қуйидагига тенг бўлади:

К_П.КИР =2 / (m² – 1) (2.29)

У ҳолда сиғим фильтрнинг аниқлаш коэффициенти қуйидагига тенг бўлади:

(2.30)

Одатда юкламадаги пульсация коэффициенти аниқ бўлади, бунда сиғим фильтр зарур сиғими қуйидаги формуладан аниқланади:

С = Н / (r_ф ·К_П.ЧИК) (2.31)

(2.24) ва (2.30) формулалардан кўринадики, m нинг ортиши билан индуктив фильтрнинг силлиқлаш коэффициенти ортади, сиғим фльтрининг силлиқлаш коэффициенти эса камаяди, шунинг учун сиғим фильтрлар бир фазали токларни тўғрилашда ва катта юклама қаршиликларда қўлланилади, чунки R юклама қаршилиги ортганда фильтрнинг силлиқлаши ортади.

Сиғимли фильтрнинг афзалликлари оддийлиги ва кичик қувват йўқотишлари ҳисобланади.

Сиғимли фильтри қуйидаги камчиликларга эга:

1) сиғимли фильтр тўғрилагич диодларига қўйиладиган тескари кучланишни ортишига олиб келади;

2) юклама токи катта бўлганида фильтрга катта сиғим керак бўлади, акс ҳолда юкламадаги кучланиш конденсаторнинг тез зарядсизланишидан келиб чиқадиган юклама токининг ортиши билан кескин камайиб кетади:

3) кўп фазали тўғрилаш схемаларида бундай фильтр қўйилса, кесиш бурчаги кескин камайиб кетади ва фазани ўтказиб юборилиши мумкин, яъни тўғрилагич диодларидан бири токни ўтказмайди;

4) конденсаторнинг зарядланиш токи катта ва тўғрилагич орқали оқиб ўтади, бунда диод токи кесиш бурчаги кучли камаяди;

5) тўғрилагич диодлари орқали фақат тўғрилагич кичик ички қаршилиги орқали чегараланадиган катта ток амплитудаси ўтади.

2.2.2. Бир звеноли Г-симон LC фильтрлар

У дроссель ҳамда конденсатордан иборат бўлади. Бундай фильтр сезиларли катта силлиқлаш коэффициентини таъминлайди (2.17−расм). Бунда бирламчи гармоника учун қуйидаги шарт бажарилиши керак:

Х_С1=1/(m·w_С·С)<< R_ю<< w_С·L=Х_L1 (2.32)

у ҳолда ҳар бир элемент алоҳида қўлланилгандан кўра биргаликда қўлланилса яхшироқ бўлади.

Бу шартни бажарилишида тўғриланган кучланиш ўзгарувчан ташкил этувчиси учун занжирнинг умумий қаршилиги кучли камаяди, шунинг учун дроссель орқали оқиб ўтадиган тўғриланган токнинг ўзгарувчан ташкил этувчиси ортади, ундаги кучланишнинг пасайиши ортади, демак, юкламада кучланишнинг ўзгарувчан ташкил этувчиси сезиларли камаяди (L ва C элементлар алоҳида қўлланилгандагига нисбатан таққосланганда). Бу ҳолда дроссель актив қаршилигини эътиборга олмаганда, U₀=U_ю деб ҳисоблаш мумкин. У ҳолда Г-симон фильтрнинг силлиқлаш коэффициенти қуйидагига тенг бўлади.

К_С =U_01m/U _Н1m=(m·w_С)² ·L·C – 1 (2.33)

Агар w₀= эканлигини ҳисобга олсак, у ҳолда қуйидагига эга бўламиз.

К_С =(m·w_С /w₀)²– 1 (2.34)

2.17-расм. Бир звеноли Г-симон LC-фильтр

Агар силлиқлаш коэффициенти маълум бўлса, қуйидагига эга бўламиз:

LC=(К_С + 1) =(m·w_С)² (2.35)

Кўпинча фильтрга тўғрилагичга индуктив реакция қилиш талаби қўйилади, шунинг учун у индуктивликдан бошланади. Индуктивликнинг қиймати қуйидаги шартни қаноатлантириши керак бўлади:

(2.36)

L ни аниқлаб С ни топиш мумкин. Умумий ҳолда L ва C нинг қийматларини юклама характерига боғлиқ равишда турли услубларда аниқлаш мумкин. Амалда L ва C ларни танлаш шартлари тежамкорлик шартлари, резонанс жараёнларни йўқлиги ва ўтиш жараёнларини тўғрилагич нормал иш режимига камроқ таъсири орқали чегараланади. Индуктивликдан бошланадиган LC фильтрлар кўпинча қувватли диодларда ишлаш учун қўлланилади.

2.2.3. Бир звеноли П-симон LC-фильтрлар

П-симон LC фильтрни С₀ сиғим фильтрдан ва L, C₁ элементлардан иборат Г-симон фильтрлардан ташкил топган икки звеноли фильтр кўринишда тасвирлаш мумкин (2.18−расм).

Бундай фильтрнинг силлиқлаш принципи ҳар иккала звеноларнинг биргаликдаги ишлаш тарзида тушунтириш мумкин ва унинг силлиқлаш коэффициенти ҳар иккала звеноларнинг силлиқлаш коэффициентларининг кўпайтмасига тенг, яъни

К_СП = К_СС0· К_СГ ( 2.37)

ёки К_сс0 ва К_сг қийматларини қўйсак, қуйидагига эга бўламиз:

(2.38)

2.18-расм. Бир звеноли П-симон LC-фильтр

Одатда П-симон фильтрларни ҳисоблашда С₀ конденсаторни m, r_ф, Н ва К_п.чиқ параметрларни билган ҳолда ҳисоблаш мумкин. Кейинги К_сс0 ва К_сг лар маълум бўлгани учун (2.38) формуладан LC₁ параметрларни аниқлашга қаратилади:

(2.39)

П-симон фильтрнинг энг катта силлиқлаш коэффициенти С₀=C₁ бўлганда олинади.

2.2.4. Кўп звеноли LC-фильтрлар

Пульсацияларни яхши силлиқлаш талаб қилинганида кўп звеноли LC фильтрлар қўлланилади. Улар бир нечта кетма-кет уланган Г-симон звенолардан иборат бўлиб, Г-симон каби индуктивликдан, П-симон фильтр каби сиғимдан бошланиш мумкин (2.19-расм).

2.19-расм. Кўп звеноли фильтрлар

Бундай фильтр силлиқлаш коэффициенти алоҳида звенолар силлиқлаш коэффициентлари кўпайтмасига тенг, яъни

К_С =К_С1 × К_С2 × _¼× К_Сп (2.40)

бу ерда n-фильтр звеноларинг сони.

С₀ сиғимни тўғрилагични ҳисоблашдан топиш мумкин, у ҳолда алоҳида звенолар силлиқлаш коэффициентлари қуйидагича аниқланади:

К_СГ1 = (mw_С)² L₁C₁, К_СГ2 = (mw_С)² L₂C₂ (2.41)

Алоҳида кўп звеноли фильтрларда звенолар бир хил силлиқлаш коэффициентларига эга бўлиш қулай, яъни К_с1= К_с2=... = К_сn , у ҳолда бутун фильтрнинг силлиқлаш коэффициенти қуйидагига тенг бўлади К_с1= К_сn барча звенолар бир хил L ва C элементлардан ташкил топгани учун (яъни L₁= L₂=... =L_n ва С₁= С₂=... = С_n) қуйидагини ёзиш мумкин:

К_С = (mw_С)^2п (L_звC_зв )^п= К_Сзв ^п (2.42)

бу ерда Кс_зв – биринчи звенонинг силлиқлаш коэффициенти.

Бундан қуйидагига эга бўламиз:

(2.43)

L_звС_зв кўпайтма аниқлангандан сўнг фильтрнинг w₀ ўз частотасини тўғриланган кучланиш асосий гармоникаси w частотаси билан таққослаш керак. Резонанс бўлмаслиги учун фильтрнинг ўз частотаси w₀≤0,5р·w шартга риоя қилиши керак, бўлганлиги учун LC³4/(m·w) ² га эга бўламиз, бу (2.35) формулага мувофиқ К_с≥3 бўлса бажарилади.

Юклама ўзгармас бўлганида w =w_c, импульсли юкламада w=w_n бўлади, бу ерда w_n – юклама импульслари частотаси. У ҳолда қуйидаги муносабат

K = w_и/w_С (2.44)

Кўриб чиқилади ва резонанснинг бўлмаслиги шарти қуйидагича ёзилади:

w₀£ 0,5·w_и= 0,5·Кw_С (2.45)

Ушбу шарт К_С³(2m/K)²-1 бўлса бажарилади, акс ҳолда LC кўпайтмани ошириш керак бўлади.

Бундай фильтрлар учун L_зв индуктивлик ва С_зв сиғим қийматлари фильтрни индуктив реакциясини таъминлаш шартидан аниқланади, яъни L_зв (2.36) шартдан аниқланади, кейин эса С_зв аниқланади.

2.2.5. Аккумуляторли Г-симон фильтрлар

Симли алоқа тизимлари электр таъминоти тизимларида ўзгарувчан ток тармоғи узилса, узлуксиз таъминотни таъминлаш учун тўғрилагичларга параллел равишда аккумулятор батареялари қўйилади (2.20-расм).

Бу батареялар юклама таъминоти учун зарур бўлган кучланишгача зарядланади, шунинг учун тўғрилагич чиқишидаги кучланишнинг ўзгаришларида у ҳам юкламага параллел уланган сиғим сифатида фильтр элементи ҳисобланади.

Батареянинг қаршилиги r_б<<R_ю бўлганлиги учун токнинг ўзгарувчан ташкил этувчиси дросселдан ва аккумулятор батареясидан оқиб ўтади.

2.20−расм. Аккумуляторли Г-симон фильтр

RС-фильтрлар кичик қувватли тўғрилагичларда кичик юклама токларда (I₀≤10мА) ва унча катта бўлмаган К_с силлиқлаш коэффициентларида қўлланилади.

Уларда L индуктивлик R_ф актив қаршиликли резистор билан алмаштирилади. Бунда фильтрнинг оғирлиги, габаритлари ва таннархи кескин камаяди, лекин унда кучланишнинг пасайиши LC-фильтрга қараганда ортади.

Бундай фильтрнинг силлиқлаш коэффициенти қуйидагига тенг бўлади:

(2.46)

Бундай фильтр параметрларининг қийматлари маълум К_с да, оптимал ФИКни таъминлаш шартидан келиб чиқиб аниқланади.

Г-симон RC-фильтрлар силлиқлашдан ташқари бир вақтда юклама алоҳида занжирлари орасида ажратувчи занжир сифатида хизмат қилади ва бу транзисторлар орасидаги алоқани умумий таъминот манбаи орқали тузатади. Улар кўп каскадли транзисторли ва интеграл микросхемали кучайтириш каскадларида кенг қўлланилади.

2.2.6. Резонансли фильтрлар

Резонансли фильтрлар тўғриланган кучланиш пульсациясининг асосий гармоникасига резонансга созланган L_KC_K контурдан иборат. Тебраниш контури кетма-кет, параллел бўлиши мумкин, унинг параметрлари шундай шаклланадики, асосий гармоника учун контурнинг эквивалент қаршилиги жуда катта ва тўғриланган кучланишнинг ўзгарувчан ташкил этувчиси деярли тўлиқ ҳолда контурда тушади. Паралелл контурли фильтр схемаси 2.21-расмда келтирилган. Бунда контур пульсацияларининг асосий f_п частотаси резонансга созланади, яъни

2p f_П =w_к (2.47)

ва бу частотада кучланишнинг ўзгарувчан ташкил этувчисига актив эквивалент қаршилик кўрсатади.

R_экв = L_к /(C_к ·R_к) (2.48)

бу ерда R_K – контурнинг (дроссель чўлғамининг) актив қаршилиги.

2.21-расм. Параллел контурли резонансли фильтрнинг принципиал схемаси

Бундай фильтрнинг силлиқлаш коэффициенти қуйидагига тенг бўлади:

К_С » m·w·C/R_экв (2.49)

Бу фильтр резонанс частота пульсацияларини яхши силлиқлайди, қолганларини эса (асосан паст частотали) юкламага ўтказиб юборади. Бундай фильтр юқори частотали занжирларда резонанс частотада ҳалақитларни сўндириш учун ишлатилади.

Кетма-кет резонанс контурли фильтр (2.22-расм) ҳам асосий гармоника пульсация гармоникасига резонансга созланади. У учун резонанс шарти L_к=1/(m·w_С)²·C_к бўлади. Унинг силлиқлаш коэффициенти қуйидагига тенг бўлади:

К_С »m·w_С ·L_к/R_к, (2.50)

Бунда R_к резонанс частота токнинг ташкил этувчилари учун R_к қаршилик С₁ конденсатор қаршилигидан анча кичик бўлади.

2.22-расм. Кетма-кет резонанс контурли фильтрнинг принципиал схемаси.

Бундай фильтр резонанс частотали ва С₁ конденсаторнинг қаршилиги кичик бўладиган юқорироқ частотали пульсацияларни яхши силлиқлайди. Резонанс фильтрларнинг камчиликлари шундан иборатки, улар фақат резонанс частотали ташкил этувчини яхши силлиқлайди, бошқа частоталардаги қолган ташкил этувчилар ёмон силлиқланади. Бундан ташқари уларнинг силлиқлаш коэффициентлари юклама токига боғлиқ бўлади.

2.2.7. LC− фильтрлардаги ўтиш жараёнлари

Дросселдаги ток ва конденсатордаги кучланиш оний равишда ўзгара олмайди(бу элементлар реактив бўлиб электромагнит энергия заҳирасига эга бўлади), бунда тўғрилагич тармоққа уланганда LC–силлиқловчи фильтрларда ўтиш жараёнлари вужудга келади. Тўғрилагич диоди орқали қисқа вақтли катта токлар (индуктивлик сабабли), конденсаторларда эса катта ортиқча юкланишлар вужудга келади. Ушбу ўтиш жараёнлари жуда қисқа вақтли бўлиб, шу билан бирга тўғрилагичга зарарли таъсир кўрсатади ва тўғрилагични ёки фильтрни ишдан чиқариши мумкин. Агар юкламадан оқиб ўтадиган токни узлуксиз, яъни фильтр юклама билан U_0хх кучланишли ўзгармас ток занжирига уланади ёки узилади, деб ҳисобласак, у ҳолда тўғрилагич уланганида қуйидаги формула орқали ифоланадиган ўтиш жараёнлари вужудга келади:

, (2.51)

бу ерда i_д – диод орқали оқиб ўтадиган ток (i_д=i_c+I₀);

r_др – фильтр дроссели қаршилиги;

i_c – конденсатордаги ток.

Диоддан оқиб ўтувчи ток ва юкламадаги кучланишнинг тўғрилагич тармоққа улангандаги ўзгаришлари 2.23−расмда келтирилган.

Диоддан оқиб ўтувчи токнинг ўзгарувчан ташкил этувчиси синус қонуни бўйича ўзгаради. Диоддан оқиб ўтувчи токнинг максимал қиймати тўғрилагич тармоққа улангандан сўнг даврнинг чорагида кузатилади ва фильтрнинг L ва C элементларига боғлиқ бўлади. Конденсатордаги кучланиш икки ташкил этувчига эга бўлади:

U_С =U_С.турғ + U_Сўткр, (2.52)

бу ерда U_c.турғ=U₀, U_c.ўтк эса косинус қонуни бўйича ўзгаради ва L ва C параметрлар муносабатларига ва фильтрнинг ўз частотасига боғлиқ бўлади. Конденсаторда максимал кучланиш тўғрилагич тармоққа улангандан сўнг ярим даврдан кейин вужудга келади.

2.23-расм. Тўғрилагич тармоққа уланганда диоддан оқиб ўтувчи токнинг ва юкламада токнинг ўзгаришлари

Тўғрилагич тармоқдан узилса, диод токи L ва C параметрларга ва юклама қийматига боғлиқ бўлган вақт доимийси билан камаяди (2.24-расм).

Кучланишнинг қиймати эса i_д токка боғлиқ. Дастлаб кескин ортади, кейин эса вақт доимийси бўйича камаяди.

2.24-расм. Тўғрилагич тармоқдан узилганда кучланиш ва токнинг камайиши

2.2.8. Актив фильтрлар

Силлиқловчи LC ва RC фильтрлар қатор камчиликларга эга, уларнинг асосийлари қуйидагилар:

1) фильтр дросселининг катталиги ва қимматлиги;

2) силлиқлаш коэффициентининг юклама токига боғлиқлиги;

3) дросселнинг электромагнит халақитларни вужудга келтириши;

4) фильтрларда ўтиш жараёнларининг вужудга келиши;

5) секин тебранишлар ва кучланишни ўзгариши тўсқинликсиз юкламага узатилиши;

6) RC-фильтрларда кучланишни пасайишининг катталиги, кичик силлиқлаш қобилияти ва бошқалар.

Бу камчиликлардан қутилиш учун электрон фильтрлардан фойдаланилади. Улар транзисторларда ва интеграл микросхемаларда йиғилади. Уларнинг ишлаш принциплари транзистор маълум иш режимларида ўзгармас ва ўзгарувчан токлар учун турли қаршиликларни ҳосил қилишга асослангандир. Бу транзисторнинг I_K=f(U_кэ) тафсифидан кўринади. Транзисторнинг ўзгармас ток бўйича қаршилиги R₀=U_кэ/I_K, бу ерда I_K–катта, ўзгарувчан ток бўйича қаршилиги эса R_~=∆U_кэ/∆I_K, бу ерда ∆U_кэ–катта, ∆I_K–кичик, шунинг учун R_~>>R₀ бўлади. Транзисторнинг силлиқлашни таъминлаши учун А ишчи нуқтани шундай танлаш керакки, коллекторга қўйилган кучланишнинг ўзгарувчан ташкил этувчиси А ишчи нуқтани тафсифнинг текис оралиғи чегараларидан силжитиб юбормасин, яъни I_к деярли ўзгаришсиз қолиши керак.

Оддий транзисторли фильтрларда юклама эмиттер занжирга ёки коллектор занжирига уланади (2.25-расм).

Юклама коллектор занжирига уланган фильтрда унинг режими LC-занжирнинг вақти доимийси орқали аниқланади (2.26-расм). Бу занжир, агар вақт доимийси кириш кучланиши пульсацияси давридан жуда катта бўлса, эмиттер токини стабиллайди.

.

2.25-расм. Транзисторнинг чиқиш тафсифи

2.26-расм. Эмиттер фильтрнинг принципиал схемаси

У ҳолда А нуқта кириш кучланиши пульсацияси таъсири остида коллектор тафсифининг текис оралиғи бўйича характерланади (I_к ток коллектор потенциалига деярли боғлиқ эмас, асосан эса I_э эммиттер токи орқали аниқланади, шунинг учун I_э=const ни ушлаб туришда кириш кучланишининг ҳар қандай ўзгариши фақат А нуқтани ўнгга ёки чапга I_к ток қийматини деярли ўзгартирмасдан силжитади). У ҳолда I_к ток кам ўзгаради, юкламадаги U_ю=I_к R_ю кучланиш эса деярли ўзгаришсиз қолади. Транзистор чиқишидаги сезиларсиз пульсация С₂ конденсатор орқали силлиқланади. R₂ қаршилик берилган режимни ўрнатиш учун хизмат қилади.

2.3. Стабилизаторлар

Кучланиш ёки ток стабилизаторлари, деб таъминот кучланиши, тармоқ частотаси, атроф-муҳит температураси ва бошқалар ўзгарганда юкламадаги ток ва кучланишни қиймат бўйича ўзгармас ушлаб турувчи қурилмага айтилади.

Ишлаш принципига кўра, стабилизаторлар параметрик, компенсацион ва импульсли стабилизаторларга ажратилади.

Параметрик стабилизаторларда стабиллаш ночизиқли элементлар ҳусусиятларидан фойдаланиб амалга оширилади. Уларда кўпинча тескари алоқа мавжуд бўлади.

Компенсацион стабилизаторларда стабиллаш тескари алоқа занжири орқали чиқиш кучланиши ёки токи ўзгаришининг ростловчи элементга таъсири ҳисобига амалга оширилади.

Компенсацион стабилизаторлар берк автоматик ростлаш тизими бўлиб, уларда ток ростловчи элементдан узлуксиз ёки узлукли бўлиб оқиб ўтади.

Ростлаш услуби бўйича компенсацион стабилизаторлар кетма-кет ва паралелл турларга бўлинади.

Стабиллаш аниқлиги бўйича стабилизаторлар 4 синфга бўлинади:

1. Кичик стабиллаш. Кучланиш ва токнинг руҳсат этиладиган ўзгариши 5 % дан юқори.

2. Ўрта стабиллаш. Кучланиш ва токнинг руҳсат этиладиган ўзгариши 1-5 % гача.

3. Юқори стабиллаш. Кучланиш ва токнинг рухсат этиладиган ўзгариши 0.1-1 % гача.

4. Ўта юқори (прецизион) стабиллаш. Кучланиш ва токнинг рухсат этиладиган ўзгариши 0.1 % дан кичик.

2.3.1. Стабиллаш параметрлари

Стабилизаторлар чиқиш кучланишининг ностабиллиги бўйича, стабиллаш принципи бўйича, стабиллаш диапазони бўйича, температуравий коэффициенти бўйича баҳоланади.

Киришдаги ностабиллик қуйидагича аниқланади:

n_1(кир) = DU_кир/ U_кир (2.53)

Чиқишдаги ностабиллик қуйидагича аниқланади:

N_2(чиқ) =DU_чиқ/ U_чиқ (2.54)

Юкламадаги ток ностабиллиги қуйидагича аниқланади:

N_Iю =DI_ю/ I_ю (2.55)

ΔU_кир – стабилизатор киришидаги кучланишнинг ўзгариши;

ΔU_чиқ – стабилизатор чиқишидаги кучланиш ўзгариши;

ΔI_ю – юклама токининг ўзгариши.

Кучланиш стабилизаторининг стабиллаш коэффициенти қуйидагича аниқланади (I_ю=соnst бўлганида):

К_ст.к=К_ст.u=n_1(кир)/N_2(чиқ)=(DU_кир/U_кир)/(DU_чиқ/U_чиқ) (2.56)

Стабиллаш коэффициенти қанча катта бўлса, кучланишни стабиллаш сифати шунча яхши бўлади.

Агар кириш кучланиши ўзгармас катталик ҳисобланса, у ҳолда юклама бўйича кучланишни стабиллаш коэффициентидан фойдаланиш мумкин (U_кир=соnst бўлганида):

(2.57)

Юклама бўйича стабиллаш коэффициенти қанча кичик бўлса, стабилизатор шунча сифатлироқ бўлади.

Кириш кучланиши ўзгаришига боғлиқ бўлмаган ҳолда юкламадаги токнинг ўзгармасдан ушлаб турилиши токни стабиллаш ҳисобланади.

Ток стабилизаторларининг стабиллаш коэффициенти қуйидагича аниқланади (R_вх =соnst бўлганида):

(2.58)

Агар кириш кучланиши ўзгармас бўлса, у ҳолда юклама бўйича токни стабиллаш коэффициенти киритилади (U_кир=соnst бўлганида):

. (2.59)

Стабилизаторлар кучланиш ёки токни ростлаш учун қўлланилади ва учта усулда уланиши мумкин.

Агар стабилизатор транзисторлардан йиғилган бўлса, у фильтрдан кейин, юкламадан олдинга қўйилади (2.27-расм).

2.27-расм. Стабилизаторларнинг фильтрдан кейин қўйилиши

Агар стабилизатор тиристорларда йиғилган бўлса, у фильтрдан олдин қўйилади (2.28-расм).

2.28-расм. Стабилизаторларни фильтрдан олдинга қўйилиши.

Агар стабиллаш ўзгарувчан ток томонида бўлса, у ҳолда стабилизаторлар тўғрилагичдан олдинга қўйилади (2.29-расм).

2.29-расм. Стабилизаторларни тўғрилагичдан олдинга қўйилиши

Стабилизаторларни тўлиқ тавсифлаш учун кучланиш стабилизаторининг “стабиллаш диапазони” тушунчаси киритилади:

(2.60)

Ток стабилизаторининг стабиллаш диапазони қуйидагига тенг бўлади:

(2.61)

2.3.2. Параметрик стабилизаторлар

Ночизиқли элементларнинг хоссаларидан фойдаланиб кучланиш (ток) ни стабиллашни амалга оширадиган стабилизаторлар параметрик стабилизаторлар дейилади.

Параметрик стабилизаторларда кириш кучланишининг ёки юклама токининг ўзгариши бевосита ночизиқли элементга таъсир қилади. Чиқиш кучланишининг (ёки юклама токининг) талаб қилинган қийматдан ўзгариши ночизиқли элемент ВАХининг ночизиқлилиги даражаси орқали аниқланади. Ночизиқли элементлар сифатида ўзгарувчан кучланиш (ток) стабилизаторларида дросселлар (2.30-расм), ўзгармас кучланиш (ток) стабилизаторларида эса стабилитрон, стабистор ва майдоний транзисторлар қўлланилади (2.31-расм).

Ўзгарувчан кучланишни параметрик стабиллаш ўзгарувчан ток учун ночизиқли ВАХга эга бўлган ночизиқли элементлар ёрдамида амалга оширилади. Бундай тафсифга магнит ўтказгичи тўйиниш режимида ишловчи дроссель эга бўлиб (2.30а-расм), бунда магнит ўтказгичнинг тўйинишига мос келувчи а-б оралиқ дросселнинг иш оралиғи ҳисобланади.

Схемада тўйинган дроссель L2 Z_Ю юкламага параллел уланади. Балласт қаршилик сифатида ВАХи чизиқли бўлган L1 дроссель қўлланилади. Схеманинг ишлаш принципи қуйидагича: U_КИР кириш кучланиши ўзгарганда U_ЧИҚ чиқиш кучланиши ва L1 чизиқли дросселдаги кучланиш ортади. L2 тўйинган дросселдаги ток кескин ортади. Лекин бунда L1 дросселдаги кучланишнинг пасайиши ортади, L2 дросселдаги ва Z_Ю юкламадаги кучланиш сезиларсиз ортади.

Энг оддий ўзгарувчан кучланиш параметрик стабилизаторининг афзаллиги оддийлиги бўлса, унинг камчиликлари ФИКнинг кичиклиги (0.4...0.6), стабиллаш коэффициентининг камлиги (К_СТ<10), шунингдек, оғирлиги ҳисобланади.

Ўзгармас кучланиш параметрик стабилизаторларида ночизиқли элементлари сифатида стабилитронлар, стабисторлар ва майдоний транзисторлар қўлланилади. VD стабилитронда йиғилган параметрик стабилизаторнинг принципиал схемаси 2.31-расмда келтирилган бўлиб, R_б балласт резисторнинг қаршилиги шундай танланадики, ундаги кучланишнинг пасайиши (0.5...3) U_Ю ни ташкил қилиши керак. Кириш кучланиши ортганда U_ЧИҚ кучланиш ортади. Лекин VD стабилитрондаги унча катта бўлмаган DU_СТ кучланишнинг ўзгариши ундаги токнинг кескин ортишига олиб келади. Бунда R_б резистордаги кучланишнинг пасайиши ортади, R_Ю юкламадаги кучланиш эса сезиларсиз ўзгаради. Стабилизатор киришидаги U_КИР кучланишнинг ўзгариши R_б балласт резистордаги кучланишнинг ва стабилитрондаги кучланишнинг ўзгариши йиғиндисига тенг:

DU_КИР = DU_Rб+DU_СТ (2.62)

Балласт резисторининг қаршилиги стабилизатор қаршилигидан анча катта (R_б>>R_СТ) эканлигини этиборга олсак, у ҳолда кириш кучланишининг ҳар қандай ўзгариши стабилитроннинг R_СТ қаршилигида ажралади ва юкламадаги кучланиш ўзгаришсиз қолади.

Бу схеманинг камчиликларига ФИКнинг кичиклиги (0,3) стабилизаторнинг катта ички қаршилиги (5...20 Ом) ва чиқиш кучланишининг кичик диапазонга эгалигини киритиш мумкин. Стабилизаторнинг афзалликлари эса оддийлиги, ишончлилиги, ҳажмининг ва массасининг кичиклигидир.

Ўзгармас ток параметрик стабилизаторлари токи унга қўйилган кучланишга сезиларли боғлиқ бўлмаган ночизиқли элементларда йиғилади.Бундай элемент сифатида майдоний транзисторлар қўлланилади (2.32-расм). Майдоний транзисторларда U_ЗИ=const бўлганда I_С сезиларли ўзгармайди.

2.3.3. Феррорезонансли ўзгарувчан кучланиш стабилизаторлари

U

Феррорезонансли стабилизаторларда тўйиниш режимида ишловчи L2 дросселга С конденсатор параллел уланади.

L_2С контурнинг резонанс частотаси стабилланувчи кучланиш частотасига яқин, лекин тенг эмас.

Ўзгарувчан кучланиш феррорезонансли стабилизаторнинг ишлаш принципини 2.33-расмда тасвирланган L2 дросселнинг ва С конденсаторнинг ВАХларидан фойдаланган ҳолда тушунтириш мумкин. U_L2 ва U_C кучланишларни геометрик қўшиш натижасида L2C контурдаги кучланишнинг эгри чизиғини оламиз. Кичик кириш кучланишда дроссель тўйинмаган, унинг индуктивлиги катта ва натижавий эгри чизиқ сиғим характерига эга бўлади (2.33б-расм, 0-в). L2C контурдаги токлар резонансида (в нуқта) L2C контурдаги натижавий ток нолга тенг бўлади. Кириш кучланишининг кейинги ўзгаришида индуктив характерга эга бўлади (в-б). Тафсифнинг бу оралиғида ток кескин ўзгаради, контурдаги, яъни юкламадаги кучланиш эса сезиларли ўзгармайди. Феррорезонансли стабилизаторларнинг афзалликлари қуйидагилардан иборат:

- юқори ФИК (0,85-0,9) ва юқори қувват коэффициенти (0.9 гача);

- кучланиш бўйича юқори стабиллаш коэффициенти;

- қувватнинг кенг диапазони;

- узоқ хизмат муддати;

- қурилманинг соддалиги ва ишончлилиги;

- механик таъсирларга барқарорлиги.

Камчиликлари эса қуйидагилардан иборат;

- реактив қаршиликларнинг частотага боғлиқлиги учун кириш кучланиши ўзгарганда чиқиш кучланишининг сезиларли ўзгариши;

- электромагнит ҳалақитларнинг мавжудлиги;

- масса ва ҳажмнинг катталиги;

- юкламадаги стабилланган кучланиш шаклининг бузилиши.

2.3.4. Компенсацион стабилизаторлар

Компенсацион кучланиш стабилизаторлари ўзгармас токда асосан транзисторларда ёки тиристорларда йиғилиши мумкин.

Компенсацион стабилизаторлар ўз схемасида ўлчовчи элемент ва ростловчи элементига эга бўлади.

Компенсацион стабилизаторларнинг тузилиш схемаси 2.34-расмда келтирилган.

Чиқишдан кучланиш ўлчовчи элементга берилади, унда эталон кучланиш билан таққосланади, агар кучланиш эталонидан фарқ қилса, фарқ сигнали пайдо бўлади, у кучайтирувчи элементда кучайтирилади ва ростловчи элементга берилади. Чиқиш кучланиши ортганда ростловчи элементнинг қаршилиги ортади, ростловчи элементда кучланишнинг пасайиши ортади ва чиқишдаги кучланиш стабилланади. Схемада компенсацион стабиллаш манфий тескари алоқа ҳисобига ростловчи кучланиш орқали автоматик равишда амалга оширилади.

РЭ – ростловчи элемент, ЎЭ – ўлчовчи элемент, КЭ – кучайтирувчи элемент

2.34-расм. Компенсацион стабилизаторларнинг тузилиш схемаси

Транзисторли компенсацион кучланиш стабилизаторлари

Компенсацион транзисторли стабилизаторнинг оддий принципиал схемаси 2.35-расмда келтирилган.

Бу схемада VT1 транзистор ростловчи элемент ҳисобланади. Юкламада чиқиш кучланиш ортганида VT1 транзистор базасидаги потенциал унинг эмиттерига нисбатан ортади. Транзисторнинг қаршилиги ортади, ундаги кучланишнинг пасайиши ортади ва чиқишдаги кучланиш дастлабки қийматига қайтади.

Кучайтирувчи транзисторли компенсацион транзисторли стабилизаторнинг принципиал схемаси 2.36-расмда келтирилган.

VT1 транзистор базаси ва эмиттери орасидаги кучланиш R3 R4 бўлгичдаги кучланиш ва VD1 стабилизатордаги таянч кучланиш фарқи орқали олинади. Таянч кучланиши бўлгич кучланишидан катта, шунинг учун VT2 транзистор очиқ бўлади. Агар чиқиш кучланиши ўзгармас бўлса, VT2 транзистор коллектор токи ўзгармас бўлади ва кучланиш коллектор юкламасидан VT1 транзисторга берилади.

Агар кириш кучланиши ўзгарса VT2 транзистор коллектор юкламасидаги кучланиш ўзгаради, VT1 транзистор ички қаршилиги ўзгаради, ундаги кучланишнинг пасайиши ўзгаради.

Афзалликлари:

- кичик габарит ва оғирлик;

- юқори ишончлилик;

- хизмат муддатининг узоқлиги.

Камчиликлари:

- кичик ФИК;

- атроф-муҳит температурасига боғлиқлиги.

- ортиқ юкланишлар ва кучланишларга сезгирлик.

Ҳозирги вақтда компенсацион стабилизаторлар интеграл микросхемалар кўринишида ишлаб чиқарилмоқда. Улар 3 А гача юклама токини ва 1...30 В чиқиш кучланишини таъминлайди.

Компенсацион тиристорли кучланиш стабилизаторлари

Бу стабилизаторларда тўғрилаш ва стабилизацияни ростлаш вазифаси умумлаштирилган.

Тиристорли стабилизаторлар ўзгармас ва ўзгарувчан токларда ишлашлари мумкин.

Компенсацион тиристорли стабилизаторнинг принципиал схемаси 2.42-расмда келтирилган.

Ростловчи элемент трансформаторнинг бирламчи чўлғами занжирига, яъни ўзгарувчан ток томонига уланади. Ростловчи элемент иккита қарама-қарши ва кетма-кет уланган VS1 ва VS2 тиристорлардан, VD1 ва VD2 диодлардан ташкил топган. VD1 ва VD2 диодлар тиристорларни шунтлайди ва тиристор ёпиқ бўлганида ўзгарувчан токни ўтиши учун киритилади. Трансформаторнинг иккиламчи чўлғамига Г-симон LC фильтрли кўприксимон тўғрилаш схемаси қўйилади. Тескари алоқани ўлчовчи – кучайтирувчи (ЎК) ва тиристорни бошқариш схемаси (БС) ташкил қилади.

Чиқиш кучланиши ўзгарганида ЎК қисм фарқ сигнали ишлаб чиқаради. Бу сигнал тиристорларни бошқариш схемасига берилади, бу ерда БС ростлаш бурчагини бошқаради. Тескари алоқанинг таъсири натижасида чиқиш кучланиши ортганида ростлаш бурчаги ортади, бу трансформатор бирламчи ва иккиламчи чўлғамларидаги кучланишнинг камайишига олиб келади. Ўлчовчи-кучайтириш қисм (ЎК) сифатида магнит кучайтиргичлардан фойдаланиш мумкин.

Компенсацион ток стабилизатори

Агар назорат қилинаётган ток датчикларининг жойи алмаштирилса, исталган кучланиш стабилизаторидан ток стабилизаторини олиш мумкин (2.38-расм).

Токни стабиллаш шарти фақат R_транз>>R_ю бўлса амалга ошади.

VT1 транзистор актив режимда ишлайди. Эмиттер-коллектор ўтиш қаршилиги база потенциалини ўзгартириш йўли билан юклама токнинг ўзгаришига пропорционал бўлади.

2.3.5. Импульсли кучланиш стабилизаторлари

Импульсли стабилизаторлар калитли стабилизаторлар деб ҳам юритилади. Уларнинг компенсацион стабилизаторлардан фарқи, уларда ростловчи элемент (транзистор) қайта уланиш режимида ишлайди. Бу режим кесиш соҳасидан тўйиниш соҳасига ишчи нуқтани кескин ўтиши орқали характерланади. Бу ҳолда транзисторда тарқаладиган қувват чизиқли режимидагига қараганда анча кам бўлади. Бу стабилизаторнинг ФИКи ошишига ва габаритларни камайишига олиб келади.

Импульсли стабилизаторнинг ишлаш принципини калитли схемада кўриб чиқиш мумкин (2.39-расм).

Калит даврий равишда уланади ва узилади. Чиқишда тўғри бурчакли импульслар шаклланади.

t_u давр ёпиқ калитга, t_n давр эса очиқ калитга мос келади.

Чиқишдаги кучланиш ёпиқ калит даврига пропорционал ҳисобланади. Агар тескари алоқа занжири киритилса, у ҳолда чиқишдаги кучланиш кириш кучланиши ўзгариши билан ўзгаради.

Ростловчи элемент (транзистор) юкламага кетма-кет ёки параллел уланиши мумкин. Бундай стабилизаторлар кенглик-импульсли модуляцияли стабилизаторлар деб юритилади (2.40 ва 2.41-расмлар).

Бу стабилизаторлар VТ транзистордаги ростловчи элементдан, стабилизаторни коммутациялайдиган LС–фильтрдан ва БС бошқариш схемасидан иборат. Бошқариш схемаси транзисторни ўтказадиган ҳолатга келтирадиган импульсни беришга мўлжалланган. Кириш кучланиши диодга ва LC-фильтрга берилади. Диодга ёки стабилизаторга манфий кучланиш қўйилса, у ёпиқ бўлади. Дроссель токи ортади ва у энергия йиғади, конденсатор эса юкламага зарядсизланади. Дроссель токи юклама токидан ортиши билан транзистор ёпилади, дроссель ўз энергиясини юкламага узатади.

2.4. Ўзгартиргичлар

Кўчма телекоммуникация аппаратураларини электр энергияси билан таъминлашда бирламчи электр энергияси сифатида кичик кучланишли ўзгармас ток манбалари (галъваник элементлар, аккумуляторлар, термогенераторлар, қуёш ва атом батереялари) ишлатилади. Турли хилдаги телекоммуникация аппаратураларининг электр таъминоти учун эса турли номиналдаги ўзгармас ва ўзгарувчан кучланишлар зарур бўлади. Шунинг учун бир номиналдаги ўзгарувчан ёки ўзгармас кучланишни иккинчи номиналдаги ўзгарувчан ёки ўзгармас кучланишга ўзгартириш талаб қилинади. Бу вазифани ўзгартиргичлар бажаради. Ўзгартиргичлар электр таъминот манбаи кучланишини аппаратуралар алоҳида қисмларини электр таъминоти учун талаб қилинган турдаги ва номиналдаги кучланишларга ўзгартириб бериш учун хизмат қилади.

Ўзгартиргичлар икки турга бўлинади. Ўзгармас ток энергиясини ўзгарувчан ток энергиясига ўзгартириб берувчи ўзгартиргичлар инверторлар дейилади ва ўзгартириш жараёни инверторлашдан иборат бўлади.

Агар ўзгартиргич чиқишида ўзгармас кучланиш олиниши талаб қилинса, у ҳолда инвертордан кейин тўғрилагич ва фильтр қўйилади. Бундай бир кучланишли ўзгармас ток энергиясини бошқа кучланишли кучланишли ўзгармас ток eнергиясига ўзгартирувчи ўзгартиргич конвертор дейилади ва ўзгартириш жараёни конверторлашдан иборат бўлади.

Инвертор ҳар қандай ўзгартиргичнинг асосий қисми ҳисобланади. Инверторлар қуйидаги белгиларига қараб синфларга бўлинади:

- ўзгартирилувчи катталик турига қараб: ток инверторлари ва кучланиш инверторлари;

- иш тактига қараб: бир тактли ва икки тактли инверторлар;

- калит элементлари турига қараб: транзисторли ва тиристорли инверторлар;

- қўзғатиш усулига қараб: мустақил ва ўз-ўзидан қўзғатишли инверторлар;

Транзисторли инверторлар қуйидаги туркумларга бўлинади:

- транзиторларнинг уланиш схемаларига қараб: умумий эмиттерли ва умумий коллекторли инверторлар;

- тескари алоқа турига қараб: кучланиш бўйича тескари алоқали, ток бўйича тескари алоқали, ток ва кучланиш бўйича тескари алоқали инверторлар;

Тиристорли инверторлар қуйидагича турланади:

- тиристорлар коммутациясига қараб: тармоқ орқали ва автоном;

- юкламага нисбатан коммутацияловчи сиғимнинг уланишига қараб: кетма-кет, кетма-кет параллел ва параллел. Ярим ўтказгичли ўзгартиргичларнинг афзалликлари ишончлилик, юқори ФИК, кичик ҳажм ва эксплуататцион муддатнинг узоқлигидир.

2.4. 1. Транзисторли ўзгартиргичлар

Транзисторли ўз-ўзидан қўзғатишли ўзгартиргичлар (автогенераторлар) ўзгармас кучланишни ўзгартириш жараёнини 2.42-расмда келтирилган функционал схемадан фойдаланган ҳолда тушунтириш мумкин. Ўзгармас ток манбаи аккумулятор батареяси Б ҳисобланиб, ундан унча катта бўлмаган U_кир кучланиш Тр трансформаторга берилади. Тр трансформатор ўзгарувчан кучланишнинг шаклланиши ва унинг қийматини ўзгартириш учун хизмат қилади. Аккумулятор кучланиши ўзгармас бўлганлиги учун аккумулятор ва трансформатор орасига ўзгармас ток занжирини даврий равишда узиш ва улаш мақсадида 350...400 Гцли ток узгичи қўйиш зарур. Ўзгармас ток узгичи сифатида транзисторли генератор Г хизмат қилади.

Трансформатор бирламчи чўлғамидаги токнинг узилиши магнит ўтказгичда вақт бўйича ўзгарувчан Ф(t) магнит оқимини вужудга келтиради. Натижада чўлғамларда магнит оқими ўзгариш тезлигига ва чўлғам ўрамлар сонига пропорционал бўлган ЭЮК индукцияланади. Шундай қилиб ўзгармас кучланишдан тўғри бурчакли импульслар шаклидаги ўзгарувчан кучланиш олинади, яъни инверторлаш амалга оширилади. Тўғри бурчакли импульслар трансформатор ёрдамида амплитуда бўйича ўзгартирилади ва кейин Ф силиқловчи филътрли Т тўғрилагичга берилади. Тўғрилагич чиқишидан ўзгармас кучланиш олинади. Бундай ўзгартиргич конвертор дейилади. Унинг чиқишидан кириш кучланишидан талаб қилинган қийматга фарқланувчи ўзгармас кучланиш олинади.

2.42-расм. Ўз-ўзидан қўзғатишли бир тактли ўзгартиргич (автогенератор)нинг тузилиш схемаси

Ўз-ўзидан қўзғатишли транзисторли бир тактли ўзгартиргич (2.43-расм) принципиал схемаси U_кир ўзгармас кучланиш манбаи автогенератор схемаси бўйича калит режимда ишловчи VТ транзисторда йиғилган ток узгичи, магнит ўтказгичи тўғри бурчакли гизтерезис ҳалқали импульс трансформатор Т1, бир ярим даврли тўғрилагич ва юкламадан ташкил топган.

2.43-расм. Ўз-ўзидан қўзғатишли транзисторли бир тактли ўзгартиргичнинг принципиал схемаси

Ўзгартиргичнинг ишлаш принципи импульс трансформатори бирламчи чўлғамида калит равишда ишловчи VТ транзистор ёрдамида ўзгармас токни узишга асосланган. Коллектор занжирига U_кир ўзгармас кучланиш қўйилганда трансформаторнинг W_к бирламчи чўлғамидан ток оқиб ўта бошлайди. Уланиш моментидан бошлаб ток оний равишда эмас, маълум қонун бўйича ортади. Шунинг учун ток импульс трансформатори магнит ўтказгичида ўсувчи магнит оқимини вужудга келтиради. Бу ўзгарувчан магнит оқими W_б тескари алоқа чўлғамида ўзиндукцион ЭЮКни вужудга келтиради. W_б тескари алоқа чўлғамининг учлари база-эмиттер оралиққа шундай уланганки, коллектор токи ортганда базага оғувчи потенциал келади. Транзистор очила бориб, бундан кейинги коллектор токининг ортишига имконият яратади, яъни схемада мусбат тескари алоқа амалга оширилади. Коллектор ва база токларининг бундай кўчкисимон равишда тез ортиши магнит оқими тўйингунча давом этади. Кейин бу токларнинг ортиши тўхтайди ва ўзгармас токда трансформатор чўлғамларида ЭЮК индукцияланмайди. Натижада транзистор базасига очувчи потенциал келмайди ва у ёпила бошлайди.

Транзистор ёпилишидаги коллектор токининг камайиши қарама-қарши йўналишдаги ЭЮКни ҳосил қилади ва базага транзисторни ёпувчи кучланиш берилади. Бирламчи чўлғам токи узилади. Шундай қилиб транзистор, импульс трансформатори ва таъминот манбаи кучланиш бўйича трансформаторли тескари алоқали релакцион генераторни ташкил қилади. У ўзгармас токни узилишини таъминлайди. Трансформаторнинг иккинчи чўлғамидан ўша частота ва қутбдаги, лекин амплитудаси ортган шаклдаги импульслар олинади. Бу импульслар VД диодда йиғилган тўғрилагичга берилади. Тўғрилагичдан кейин R_Ю юкламада талаб қилинган қийматдаги ўзгармас кучланиш шаклланади.

Бир тактли ўзгартиргичнинг афзаллиги унинг схемасининг соддалиги ва ишончлилигидир. Камчилиги эса магнит ўтказгичнинг доимий магнитланиш натижасида коллектор чўлғамидан ток фақат бир йўналишда оқиб ўтади.

Энг содда тузилган икки тактли ўзгартиргич схемасида Т1 куч трансформаторининг икки бирламчи чўлғами VТ1 ва VТ2 транзисторлари базалари билан уланган, бирламчи таъминот манбаи U_КИР эса транзисторлар эмиттерлари ва Т2 трансформатор бирламчи ярим чўлғамлари ўрта нуқтаси орасига қўйилган (2.44-расм).

Куч транзисторлари навбатма-навбат тўйинади. Бунинг учун Т1 қўзғатувчи трансформаторнинг иккиламчи чўлғамидан уларнинг базаларига мос узунликдаги импульслар берилади. Т2 трансформаторнинг иккиламчи чўлғамидан олинадиган чиқиш кучланиши импульсларининг узунлиги очувчи импульслар узунлигидан транзисторлар базаларидаги асосий бўлмаган ташувчиларнинг заряд сўриш вақти т_р га катта. Агар очувчи импульслар узунлиги Т/2-т_р га тенг деб олинса, чиқишда меандр шаклдаги ўзгарувчан кучланиш олинади. Бундай шаклдаги кучланиш тўғрилагичда фильтрсиз ўзгармас кучланишга айлантирилади.

2.44-расм. Мустақил қўзғатишли икки тактли ўзгартиргичнинг принципиал схемаси

Агар куч транзисторларини нолли узилишсиз тўғри бурчакли кучланиш импульслари билан қўзғатилса (2.45д-расм), у ҳолда базадаги асосий бўлмаган ташувчиларнинг заряд сўриш вақтига тенг бўлган вақтда ҳар иккала транзистор очиқ бўлади, бу эса куч трансформатори бирламчи чўлғамининг қисқа вақтли туташувига тенгдир. Бундай ҳар бир ярим давр охиридаги қисқа вақтли туташувларнинг салбий оқибатларини бартараф қилиш учун инвертор схемасига қўшимча элементлар киритиш лозим бўлади.

Инвертор актив-индуктив характеридаги юкламада ишлаганида юклама токи қутбларининг ўзгариши моментлари чиқиш кучланиш қутблари ўзгариши моментларига, шунингдек, куч транзисторларини қайта уланиш моментларига нисбатан кечга қолади. Бу ҳар бир ярим даврнинг бошланғич қисмида куч транзистори орқали тескари йўналишда ток ўтишига, яъни тескари токни вужудга келишига олиб келади.

Транзистор орқали оқиб ўтадиган тескари ток импульси ўз йўналишини ўзгартирмаган юклама токи трансформаторнинг бошқа бирламчи чўлғамига ва куч транзисторига трансформацияланади. Инверс режимда ишлаётган транзисторнинг ток бўйича кучайтириш коэффиценти кичик бўлади. Бундай коллектор токида транзистор тўйиниш режимидан чиқиб кетиши мумкин, бу куч занжиридаги қўшимча қувват исрофларига ва транзисторнинг куйишига олиб келиши мумкин.

Куч транзистори орқали оқиб ўтадиган тескари токни камайтириш учун инвертор схемасида куч транзисторларига параллел равишда шунтловчи VД1 ва VД2 диодлар уланади. Бундай диодлар агар инвертор салт ишлаганида ишлай олса ҳам, юклама равишда қўйилиши мумкин. Бунда индуктив ток ҳисобланган VТ1 трансформаторнинг магнитлаш токи ярим даврининг бир қисми давомида тескари йўналишда оқиб ўтади. Баъзида шунтловчи диодларнинг йўқлигида бундай магнитловчи ток куч транзисторларини ишдан чиқишига олиб келиши мумкин.

2.45-расм. Мустақил қўзғатишли икки тактли ўзгартиргичнинг вақт диаграммалари

Транзисторларнинг коммутацияланишини осонлаштириш мақсадида тўғрилагич таркибига қўшимча зарядсизлаш диоди киритилади (2.44-расм). Аввал очиқ бўлган диоднинг ёпилишидан сўнг чиқишдаги кучланиш сакраш орқали ўз кутбини ўзгартиради ва бу қутб ўзгаришига сўнувчи юқори частотали тебранишлар сабаб бўлади (2.46-расм).

2.46-расм. Сўнувчи юқори частотали тебранишларнинг пайдо бўлиши

Бу тебранишлар трансформатор индуктив тарқалишининг қайта зарядланиши, ўрамлараро сиғим ва монтаж сиғимлари оқибатида вужудга келади. Катта қувватли ўзгартиргичларда улар радиоҳалақитларнинг интенсив манбаи ҳисобланади. Шунинг учун баъзида юкламаси индуктив элементдан бошланувчи ўзгартиргичлардан фойдаланмасликка мажбур қилади.

Мустақил қўзғатишли инверторлар транзисторларининг коллектор токларининг кескин ортиб кетиши ҳам юқори частотали ҳалақитларни келтириб чиқаради. Бундан ташқари улар транзисторларнинг ортиқча юкланишига сабаб бўлади. Бундай камчиликлардан қутулишнинг фақат ягона усули, биринчи транзистор очилишини иккинчи транзисторнинг ёпилишигача кечиктириш усулидир. Бу шарт инвертор транзисторларини носимметрик импульслар ёки нолли узилиш импульслар билан бошқарилганда бажарилади. Бу ҳар иккала усул қўзғаткич схемасини қуришда ўзаро боғлиқ бўлган қийинчиликларга эга ва тўғрилагич юкламаси ўзгарувчан бўлганда яхши натижаларни бермайди. Транзисторнинг узилиш вақти коллектор токига боғлиқ, шунинг учун уланишни кечиктириш инвертор юкламасининг ўзгаришига мос алмашиши керак.

Қайтар токлардан тузатиш схемаси билан боғланган инвертор схемаси бу камчиликлардан ҳолидир (2.47-расм).

2.47-расм. Қайтар токлардан тузатиш схемаси билан боғланган инверторли ўзгартиргичнинг схемаси

Ундаги инвертор трансформаторининг қўшимча W₂ чўлғамларидан олинадиган кучланиш транзисторлар очилишини кечиктириш учун хизмат қилади. У чиқиш кучланишини қутби ўзгармагунча ёпиқ бўлган транзисторни очилишини ушлаб туришга имкон беради. Шунинг учун фақат бир елка транзистори ёпилгандан кейингина, иккинчи елка транзистори базасига очувчи кучланиш келади. Транзистор узилганда база занжиридаги диод ёпилади ва W₂ қўшимча чўлғамлардан олинадиган ёпувчи кучланиш базага келмайди. Бундай инвертор схемасида коллектор токи импульсларида кескин ортиш бўлмайди, чиқиш кучланиши эса нолли узилишларсиз бўлади. Коммутацион жараёнлар уларда деярли бўлмайди.

2.47-расмда келтирилган инвертор куч занжири Т1 трансформатордан VТ1 ва VТ2 транзисторлардан, VD1 ва VD2 диодлардан иборат. Инверторнинг юкламаси трансформаторнинг иккиламчи чўлғамидаги L1 индуктив элемент ва R_Ю резистор ҳисобланади. Транзисторлар нолли паузаларсиз тўғри бурчакли импульслар орқали коммутацияланади. Бу импульслар қўзғатгичдан транзистор базаларига R1 ва R2 резисторлар орқали берилади. Шунингдек, бу резисторлар тўйинган транзисторлар база токларини чеклайди. Аввал айтиб ўтилганидек, бундай қўзғатиш куч занжирида қисқа вақтли қисқа туташувларни вужудга келтиради. Бу вақтларда ҳар иккала транзисторлар очиқ бўлади ва уларда трансформаторнинг бирламчи чўлғамларида коммутацион токлар кескин ортади. VТ1 ва VТ2 транзисторлар коммутацион токлари трансформаторнинг бирламчи чўлғамлари ўрта нуқтасидан U_КИР таъминот манбаининг минус қутбига оқиб ўтади, яъни трансформаторнинг иккиламчи чўлғамига трансформацияланмайди ва шунинг учун бу токлар қайтар токлар дейилади.

2.48-расм. Коммутацион хусусиятлари яхшиланган инверторли ўзгартиргич схемаси

Коммутация жараёнини яхшилаш мақсадида инвертор схемасига қўшимча равишда қайтар токлардан қутулиш схамаси (ҚТҚС) киритилади (2.48-расм). У иккита киришга (11 ва 21) ва иккита чиқишга (12 ва 22) эга. VТ1 транзисторнинг ёпиқ ҳолатига мос келадиган инверс чиқиш кучланишининг қутбига схеманинг 12 очиқ ва VТ1 транзисторнинг эмиттер-база ўтишини шунтлайди ва қўзғатиш занжирини VТ1 транзисторни очишига VТ2 транзистор ёпилмагунча ва чиқиш кучланишининг қутби ўзгармагунча, яъни схеманинг 21 киришида мусбат потенциал бўлмагунча йўл қўйилмайди.

2.49-расмда тасвирланган ўзгартиргич инверторининг қайтар токлардан қутилиш схемасида учта DD1, DD2 ва DD3 мантиқий элементлардан фойдаланилган. DD1 микросхема триггер бўлиб, чиқишда (1 ва 2 чиқишлар) ўзаро фаза бўйича 180⁰ га сурилган мусбат импульслар кетма-кетлигини шакллантиради. Бу импульслар кетма-кетлиги VТ1 ва VТ2 транзисторларни очилиши учун зарур бўладиган импульсларни шакллантириш учун хизмат қилади. Бунда DD2 ва DD3 микросхемалар мослаштириш схемаси) ҳам иштирок этади. Уларнинг биринчи киришларига берилган импульслар, иккинчи киришларида мусбат потенциал бўлмагунча, уларнинг чиқишларига ўтмайди (мусбат потенциал аввал очиқ бўлган транзистор ёпилгандан кейингина пайдо бўлади). Шу тарзда R7 ва R8 резисторлар орқали қарама-қарши елканинг куч транзистори коллектори билан иккинчи киришларнинг алоқаси таъминланади.

2.4.2. Тиристорли ўзгартиргичлар

Юқори қувватли ўзгартириш қурилмаларида юқори вольтли кучланишни

ўзгартириш учун икки барқарор ҳолатга эга бўлган тиристорлар қўлланилади.

Тиристорлар бир неча киловольтларгача кучланишларга ва бир неча ампер токларга мўлжалланиб ишлаб чиқарилади. Шунинг учун тиристорли ўзгартиргичлар юқори фойдали иш коэффицентли катта қувватни таъминлайди.

Коммутация махсус қурилмалар орқали амалга ошириладиган ва юкламаси бошқа ўзгарувчан ток энергияси манбаларига эга бўлмаган тиристорли ўзгартиргичлар автоном ўзгартиргичлар дейилади. Автоном инверторнинг коммутация частотаси тиристорларнинг бошқариш тизими иш частотаси орқали аниқланади. Улар ток ва кучланиш инверторларига бўлинади. Ток инверторларида токни ўзгартириш амалга оширилади, кучланиш шакли юкламага боғлиқ. Манбадан истеъмол қилинадиган токнинг доимийлигини ушлаб туриш учун улар ўзгармас кучланиш манбаига катта индуктивликли L дроссель орқали уланади.

Кучланиш инверторлари ўзгармас кучланиш манбаига тўғридан тўғри уланади. Бунда инвертор чиқишида манбага параллел равишда С конденсатор уланади. Тиристорли инверторларда ток коммутациясини реактив элементлар-конденсаторлар ва дросселлар бажаради.

Инверторларда тиристорлар калит режимида ишлайди. Уларнинг уланиши бошқариш қурилмаси орқали амалга оширилади. Бошқариш қурилмалари сифатида импульс генераторлари-автогенератор, мультивибратор ва блокинг-генераторлар ишлатилади. Бошқарувчи импульслар тиристорлар бошқариш электродларига қарама-қарши фазада берилади. Тиристорни очилиши учун анод токини энг кичик ушлаб турувчи ток қийматигача камайтириш керак. Анод ва катод оралиғига эса тиристор бошқарилишини қайта тикланиши учун етарли бўлган вақтгача манфий тескари кучланиш қўйилади. Бу инверторда коммутацияловчи конденсатор қўлланилиши орқали амалга оширилади. Бунда конденсатор тиристор анодига катодига нисбатан манфий кучланиш берилишини таъминлайди.

Юкламада С_к коммутацияловчи конденсатор уланишига қараб тиристорли инвертор схемалари паралелл-кетма-кет ва кетма-кет-паралелл схемаларга бўлинади. 2.50-расмда тасвирланган икки тактли параллел инвертор VS1 ва VS2 тиристорлардан, (БС) бошқариш схемасидан, С_к коммутацияловчи конденсатордан VD1 ва VD2 диодлардан ва L дросселдан иборат. Трансформаторнинг бирламчи чўлғами 0 ўрта нуқтага ва VD1, VD2 диодлар уланадиган икки 1 ва 2 нуқталарга эга

Биринчи ярим даврда бошқарувчи импульс таъсирида VD1 тиристор очиқ ва VD2 тиристор ёпиқ бўлади. Бунда ток таъминот манбаидан трансформаторнинг юқори ярим чўлғами VD1 тиристор ва L дроссель орқали оқиб ўтади. Бу ток пастки елкада юқори елкадаги ЭЮКка тенг бўлган, лекин қарама-қарши фазадаги ЭЮКни индукциялайди, яъни минус чўлғамнинг ўрта нуқтасида, плюс эса бу чўлғамнинг пастки охирги нуқтасида бўлади. Шунинг учун С_к конденсаторга кетма-кет уланган кучланишлар қўйилади: таъминот манбаидан U₀ ва трансформаторнинг бирламчи пастки чўлғамидан тахминан U₀ га тенг бўлган кучланиш. Натижада С_к конденсатор иккиланган таъминот манбаи кучланишгача, яъни U_с=2U₀ гача зарядланади. Бундай кучланиш VD2 тиристор анодида ҳам бўлади.

Иккинчи ярим давр вақтида бошқарувчи импульс VS2 тиристорни очади. VS1 тиристор ток ўтказишни давом эттиради. Лекин очилган VS2 тиристор орқали С_к коммутацияловчи конденсатор VD1 тиристорга параллел уланади. С_к конденсатордан VS1 тиристорга 2U₀ га тенг бўлган тескари кучланиш қўйилади ва С_к конденсаторнинг разрядланилиш токи орқали VS1 тиристор ёпилади. Очилган VS2 тиристор орқали С_к конденсаторнинг i_ck қайта зарядланиш токи ва трансформаторнинг бирламчи W₁" чўлғами токларининг йиғиндисидан иборат бўлган i_T ток оқиб ўтади. С_к конденсатор тескари кутбли 2U₀ кучланишгача зарядланади. U₀ ўзгартирилган кучланиш W₁" бирламчи чўлғамга қўйилади ва бу чўлғамдаги ток аввалги очувчи импульс вақтидаги W₁' чўлғамдаги токка қарама-қарши йўналишга эга бўлади. Бунда W₂ иккиламчи чўлғамда кучланишнинг иккинчи (манфий) ярим тўлқини шаклланади.

2.50-расм. Икки тактли тиристорли ўзгартиргичнинг схемаси

VS1 тиристорга навбатдаги очувчи импульс берилганда схема дастлабки ҳолатига қайтади ва юқоридаги жараён такрорланади.

Тиристорларнинг навбатма-навбат очилиши натижасида трансформаторнинг бирламчи ярим чўлғамларида токлар даврий равишда ўзгаради ва иккиламчи чўлғамда ўзгарувчан ток вужудга келади. Бу ток ЧТ чиқиш тўғрилагич орқали тўғриланади ва Ф фильтр орқали юкламага узатилади.

Шундай қилиб, ўзгартиргич чиқишида талаб қилинган номиналдаги ўзгармас кучланиш шаклланади.

L1 дроссель таъминот манбаи токини ҳар иккала тиристорлар очиқ бўладиган қисқа вақт оралиғида таъминот манбаи токини чеклаб туради.

Коммутация моментида, тиристорлардан бири очиқ, иккинчиси эса индуктивликнинг разрядланиш токи ўтказаётган вақтда юклама индуктивлигида ва реактив коммутацион элементларда йиғилган реактив қувватни VD1 ва VD2 диодлар U₀ таъминот манбаи томонига ўтказиб юбориш учун хизмат қилади.

Икки тактли кўприксимон ўзгартиргич схемаси 2.51-расмда келтирилган. Биринчи ярим даврда бошқарувчи кучланиш мусбат импульслари бир вақтнинг ўзида VS1 ва VS2 тиристорларга берилади. Тиристорлар очилади ва улар орқали Т1 трансформаторнинг бирламчи чўлғамига ток оқиб ўтади. Бу вақтда С1 конденсатор таъминот манбаининг U₀ кучланишигача зарядланади.

Бошқарувчи кучланишнинг иккинчи ярим даврида импульслар VS2 ва VS3 тиристорларга берилади ва улар очилади. Аммо бу вақтда С1 конденсатордан мусбат потенциал VS1 тиристор катодига берилади ва у ёпилади. VS4 тиристор анодига эса С1 конденсатордан манфий потенциал берилади ва у ҳам ёпилади.

2

.51-расм. Икки тактли кўприксимон ўзгартиргичнинг принципиал схемаси

Сўнг тиристорлар жуфтлиги навбатма-навбат очилади. Бунда Т1 трансформаторнинг бирламчи чўлғамидан қарама-қарши йўналишдаги ток импульслари оқиб ўтади. Бу ток импульслари иккиламчи чўлғамда ўзгарувчан токни индукциялайди. Кейинчалик бу ўзгарувчан ток тўғрилагичда тўғриланади ва фильтрда силлиқланиб юкламага узатилади.

Мундарижа

Кириш…........................................................................................................3

1. Бирламчи электр энергияси манбалари................................................5

1.1. Қайта тикланувчан энергия манбалари ва уларнинг

потенциали.....................................................................................................5

1.1.1. Асосий тушунчалар ва тафсифлар...................................................5

1.1.2. Энергияни йиғиш тизимлари...........................................................7

1.1.3. Қуёш энергияси ва уни ўзгартириш усуллари..................................8

1.1.4. Шамол энергияси ва уни ўзгартириш усуллари..…........................12

1.1.5. Шамол энергияси қурилмалари….....................................................13

1.2. Трансформаторлар.................................................................................15

1.2.1. Трансформаторнинг тузилиши..........................................................17

1.2.2. Трансформаторнинг ишлаш принципи.............................................18

1.2.3. Трансформаторнинг иш режимлари..................................................19

1.2.4. Трансформаторнинг фойдали иш коэффициенти............................29

1.2.5. Ўлчов трансформаторлари.................................................................30

1.3. Aвтотрансформаторлар......................................................................32

1.4. Уч фазали занжирлар.............................................................................34

1.5. Уч фазали трансформаторлар ..............................................................37

1.6. Фазалар сонини ўзгартирадиган трансформаторлар..........................39

1.7. Скотт схемаси.........................................................................................40

1.8. Трансформаторларнинг параллел уланиши........................................41

1.9. Электр машиналар.................................................................................42

1.9.1. Асинхрон машиналар.........................................................................44

1.9.2. Синхрон машиналар...........................................................................49

1.9.3. Ўзгармас ток машиналари...............................................................55

2. Иккиламчи электр энергияси манбалари................................................70

2.1. Тўғрилагичлар........................................................................................70

2.1.1. Вентиллар ва уларнинг параметрлари..............................................72

2.1.2. Тўғрилагичнинг чиқиш параметрлари..............................................75

2.1.3. Бир тактли тўғрилаш схемалари.......................................................76

2.1.4. Икки тактли тўғрилаш схемалари.....................................................80

2.1.5. Тўғрилаш схемаларини нисбий баҳолаш.........................................84

2.2. Силлиқловчи фильтрлар........................................................................86

2.2.1. Фильтрларнинг силлиқлаш хусусияти..............................................88

2.2.2. Бир звеноли Г-симон LC фильтрлар.................................................91

2.2.3. Бир звеноли П-симон LC фильтрлар.................................................93

2.2.4. Кўп звеноли Г-симон LC фильтрлар.................................................94

2.2.5. Аккумуляторли Г-симон фильтрлар..................................................95

2.2.6. Резонанас фильтрлар...........................................................................96

2.2.7. LC фильтрлардаги ўтиш жараёнлари…............................................97

2.2.8. Актив фильтрлар.................................................................................99

2.3. Стабилизаторлар....................................................................................100

2.3.1. Стабиллаш параметрлари…...............................................................101

2.3.2. Параметрик стабилизаторлар….........................................................103

2.3.3. Ўзгарувчан кучланишнинг феррорезонансли стабилизаторлари....106

2.3.4. Компенсацион стабилизаторлар.........................................................107

2.3.5. Импульсли кучланиш стабилизаторлари.........................................110

2.4. Ўзгартиргичлар.......................................................................................112

2.4. 1. Транзисторли ўзгартиргичлар...........................................................113

2.4.2. Тиристорли ўзгартиргичлар................................................................120

Адабиётлар…..................................................................................................124

Адабиётлар

1. Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А.. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 1998.

2. Мкртчян Ж.А. Основы построения устройств электропитания ЭВМ. М.: Радио и связь, 1990.

3. А.А. Бокуняев, Б.В. Горбачёв, Л.Ф. Захаров, М.Ф. Колканов. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций (конспект лекций) – М.: МТУСИ. 2004. 129 с.

4. Китаев В.Е. Электропитание устройств связи. Учебное пособие.М. Радио и связь, 1988г.

5. Хиленко В.И., Хиленко А.В. Электропитание устройств связи. Учебное

пособие. М. Радио и связь, 1998г.

6. Конев И.Ю. Источники вторичного электропитания. Справочник .М. Радио и связь,

1983г.

7. Махкамджанов Б.М., Яськова М.Э., Алиев У.Т. Электропитание устройств связи. Учебное пособие. Ташкент, ТУИТ 2005.

АЛОҚА ҚУРИЛМАЛАРИНИНГ ЭЛЕКТР ТАЪМИНОТИ

Ўқув қўлланма

Қўлланма Тошкени Ахборот Технологиялари Университети илмий услубий кенгашида кўриб чиқилди (17.01.2008 даги № баённома) ва нашрга тавсия қилинди.

Муаллифлар:

т.ф.н. Б. М. Маҳкамжонов

катта ўқитувчи У. Т. Алиев

т.ф.н. М.С. Сапаев

катта ўқитувчи Ш.К. Худайберганов

Маъсул муҳаррир:

т.ф.н. А.А. Абдуазизов

Муҳаррир: А. Хусанова